Magneto-optical study of ZnO based diluted magnetic semiconductors
测量了ZnO：Co和ZnO：Ni薄膜的磁光特性。磁化强度测量表明，一些薄膜是顺磁性的，而另一些是铁磁性的。磁性圆二色性表明样品中含有的Zn_（1-x）Co_xO和Zn_（1-x）Ni_xO是顺磁性稀磁半导体。铁磁沉淀似乎是负责所观察到的铁磁行为。讨论了判断铁磁DMS的判据。
2002-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Collective magnetic response of inhomogeneous nanoisland FeNi films around the percolation transition
利用超导量子干涉仪（SQUID）测量了SiO2玻璃基片上射频溅射沉积的非均匀纳米岛状FeNi薄膜的各向异性高场（H < 7 T）低温（10 K）磁化响应。在生长的FeNi薄膜中，FeNi层的标称厚度从0.6到2.5 nm变化，在dc =1.8 nm处跨越渗滤转变。我们发现，除了传统的自旋磁性的Fe 21 Ni 79坡莫合金，提取的面外磁化响应的纳米岛FeNi薄膜是不饱和的范围内的调查磁场，并表现出顺磁性的行为。我们发现，异常的面外磁化响应表现出一个逐步上升的斜率与增加的标称膜厚度从0.6到1.1 nm，然而，它随着膜厚度的进一步增加而减小，然后几乎消失在接近FeNi膜渗流阈值。同时，面内响应在1.5-2 T以上表现出饱和行为，与在高磁场下变得明显的异常大的抗磁性类响应竞争。这是可能的，在FeNi膜/Sitall（TiO 2）界面上的掺杂金属相互作用导致创建一个薄的电荷转移（CT）层和肖特基势垒。然后，在具有纳米级圆形畴的系统中，所观察到的异常顺磁性磁化响应可以与局域电子的大轨道矩相关联。所观察到的磁化响应是由顺磁性和抗磁性的贡献之间的相互作用。
2018-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge Transfer Excited State Contributions to Polarity Dependent Ferromagnetism in ZnO Diluted Magnetic Semiconductors
电荷转移电子结构和极性相关的高TC铁磁性的TM2+：ZnO DMS（TM2+ = 3d离子）之间的密切联系被证明。从电荷转移能预测的TM2+：ZnO DMS的3D系列的铁磁性趋势很好地再现了实验趋势。这些结果为理解n型和p型铁磁氧化物DMS提供了统一的基础。
2005-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographically oriented magnetic ZnFe2O4 nanoparticles synthesized by Fe implantation into ZnO
本文提出了Fe注入ZnO的结构与磁性之间的关系。高注量Fe^+离子注入ZnO后，形成了超顺磁性α-Fe纳米粒子。在823 K的高真空退火导致α-Fe颗粒的生长，但在1073 K的退火氧化的Fe纳米颗粒的大部分。在1073 K下长时间退火后，在ZnO内部形成了晶体取向的ZnFe 2 O 4纳米颗粒，其取向关系为ZnFe 2 O 4（111）[110]//ZnO（0001）[1120]。这些ZnFe 2 O 4纳米粒子在5 K下磁化反转时表现出滞后行为。
2006-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Crystalline Ni nanoparticles as the origin of ferromagnetism in Ni implanted ZnO crystals
本文报道了在623 K下注入10原子的ZnO单晶的结构和磁性。%的Ni。X射线衍射分析表明，在ZnO内部形成了晶态fcc-Ni纳米粒子。所有样品的磁性行为（磁场反转和不同的温度协议磁化）很好地解释了磁性镍纳米颗粒系统。虽然不能排除Ni：ZnO基稀磁半导体的形成，但对磁性能的主要贡献源于在这些注入条件下合成的结晶纳米颗粒。
2006-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic coupling properties of rare-earth metals (Gd, Nd) doped ZnO: first-principles calculations
采用第一性原理方法研究了稀土金属（Gd，Nd）掺杂ZnO的电子结构和磁耦合性质。结果表明，在最近邻位Gd或Nd离子之间的磁耦合是铁磁性的。通过对ZnO：Gd体系进行适当的电子掺杂，可以提高Gd离子间铁磁耦合的稳定性，实现室温铁磁性。而对于ZnO：Nd体系，适当的空穴掺杂可以增强Nd离子间的铁磁性。在\emph{n}导电的ZnO：Nd样品中也可以实现室温铁磁性。我们的计算结果与最近的实验结果符合得很好。讨论了本征缺陷（V $_{\rm{Zn}}$，V $_{\rm{O}}$）对铁磁性的影响。
2010-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Detection of defect-induced magnetism in low-dimensional ZnO structures by Magnetophotocurrent
在单一的低维氧化物结构中的缺陷诱导的磁有序的检测一般是困难的，因为相对较小的产量的磁有序区域。在这项工作中，我们研究了外部磁场的影响，在室温下不同的ZnO样品光照射后测得的瞬态光电流。我们发现，一个磁场产生的瞬态光电流的弛豫速率的变化，只有在磁有序的ZnO样品。该速率可以随场而减小或增大，这取决于磁有序区域是在ZnO样品的本体中还是仅在表面处。这一现象对低维氧化物磁光器件的发展具有重要意义，并为低维磁性半导体中磁有序的检测提供了新的指导。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Anisotropy of Co2+ as Signature of Intrinsic Ferromagnetism in ZnO:Co
我们报告的磁性能的彻底特征Zn 1-xCoxO外延薄膜，具有低Co浓度，x=0.003-0.005。结合晶体场论，磁性和电子顺磁共振（EPR）测量结果表明，ZnO中孤立的Co ~（2+）离子具有很强的单离子各向异性，当考虑铁磁Co-Co相互作用时，这种各向异性导致了“易平面”铁磁态。我们认为，这种状态的磁化过程的特性可以被看作是在ZnO：Co材料的固有铁磁性的签名。
2007-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic states at the Oxygen surfaces of ZnO and Co-doped ZnO
第一性原理计算结果表明，Co离子的置换态产生了较大的磁矩，这种磁矩的长程耦合依赖于Co离子与ZnO之间的距离.在O原子诱导的局部自旋极化在表面比在体中大三倍，并且表面稳定性由Co大大增强。此外，即使在没有磁性原子的情况下，在氧（0001）表面预测也是鲁棒的铁磁状态。表面磁矩的出现与氧化物的价带中{ \it p}-空穴的数量相关，并且磁荷的分布即使在没有自旋-轨道相互作用的情况下也是高度各向异性的。
2008-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon-doped ZnO: A New Class of Room Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
我们报道了碳掺杂ZnO的磁性。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算预测，碳取代ZnO中的氧导致每个碳的磁矩为1.78 $μ_B$。理论预测得到了实验证实。用脉冲激光沉积法制备的不同碳浓度的掺碳ZnO薄膜具有铁磁性，居里温度高于400 K，基于薄膜中碳化物含量（$1.5 - 3.0 μ_B$/碳）测量的磁矩与理论预测一致。磁性是由于Zn离子和掺杂的C原子之间的成键耦合。磁电阻和反常霍尔效应的研究表明，掺杂薄膜是具有本征铁磁性的$n$型半导体。碳掺杂ZnO是一种很有前途的室温稀磁半导体，我们的工作为非金属掺杂制备稀磁半导体提供了可能。
2006-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic transition metal implanted ZnO: a diluted magnetic semiconductor?
最近的理论工作预测，一些半导体（如ZnO）掺杂磁性离子是稀磁半导体（DMS）。在DMS中，磁性离子取代了主体半导体的阳离子位置，并通过自由载流子耦合，从而产生铁磁性。由于磁性离子在半导体基质中的固溶度限制，产生DMS材料的主要障碍之一是形成第二相。在我们的研究中，过渡金属离子注入到ZnO单晶的峰值浓度为0.5-10原子%。我们建立了结构和磁性之间的相关性。通过同步辐射X射线衍射（XRD），观察到第二相（Fe、Ni、Co和铁氧体纳米晶体），并已被确定为铁磁性的来源。由于它们相对于主体晶体的不同结晶取向，这些纳米晶体在某些情况下非常难以通过简单的Bragg-Brentano扫描检测到。这导致了使用XRD来排除DMS材料中的次级相形成的缺陷。作为比较，稀释在ZnO膜中的Co的溶解度范围在10和40原子%之间使用不同的生长条件脉冲激光沉积。这种稀释的Co掺杂的ZnO薄膜显示出顺磁性行为。然而，只有Co掺杂的ZnO薄膜的磁电阻揭示了可能的s-d交换相互作用相比，Co注入ZnO单晶。
2009-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographically oriented Co and Ni nanocrystals inside ZnO formed by ion implantation and postannealing
在过去的十年中，过渡金属掺杂的ZnO作为室温稀磁半导体（DMS）的一种途径得到了广泛的研究。然而，ZnO基DMS中所报道的铁磁性的起源仍然值得怀疑。可能的选择是稀磁半导体、旋节分解或第二相。为了澄清这个问题，我们已经进行了一个彻底的表征的结构和磁性的Co和Ni注入ZnO单晶。我们的测量结果表明，钴或镍纳米晶体（NC）的主要贡献的测量铁磁性。已经在注入样品中，Co或Ni NC已经形成，并且它们表现出超顺磁性。Co或Ni NC相对于ZnO基质在晶体学上取向。它们的磁性，例如，各向异性和超顺磁性阻断温度可以通过退火来调节。我们讨论了镶嵌在ZnO中的Ni纳米颗粒的磁各向异性与应变各向异性的关系。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Six-fold in-plane magnetic anisotropy in Co-implanted ZnO (0001)
用铁磁共振（FMR）技术研究了不同Co注入剂量下生长在单晶Al_2 O_3（11-20）衬底上的ZnO（0001）薄膜的磁各向异性。铁磁共振数据表明，易轴和难轴具有60度的周期性在膜平面，在协议的ZnO薄膜的六角结构。这六倍的面内磁各向异性，这是第一次在ZnO基稀磁半导体中观察到的，归因于在ZnO结构中的Zn位点上的钴的替代，并且清楚地表明在单晶ZnO薄膜中的替代钴离子之间的长程铁磁有序。
2010-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Magnetic Domain Structure in Bi0.7Dy0.3FeO3 thin films integrated with ZnO film
本文从宏观上研究了沉积在ZnO上的多铁性Bi_（1-x）Dy_xFeO_3（BDFO）的磁畴结构。在室温下通过饱和磁滞回线和铁电磁滞回线观察磁性。通过在样品和MFM针尖之间施加偏压，使用多模原子力显微镜验证了耦合行为和磁性转变。采用ZnO靶材，在Si p型导电（0.0001 ~ 0005 Ω cm）衬底上，通过介质溅射法制备了300 nm的ZnO薄膜。采用PLD（Pulsed Laser Deposition）技术在Si/ZnO衬底上制备了300 nm的BDFO薄膜。结果表明，室温下，BDFO薄膜与ZnO薄膜结合后呈现铁磁有序与铁电有序共存的特点，且具有明显的耦合效应。BDFO薄膜与ZnO压电薄膜的集成显示了在MEMS应用以及存储器件和强历史依赖系统中的潜力。
2015-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic properties of ZnO:TM (TM: Co,Mn) nanopowders
我们报告的结构和磁性表征的Co0.1Zn0.9O和Mn0.1Zn0.9O纳米粉末通过软化学路线获得。我们表明，这些样品在低温下烧制显示铁磁相互作用，不能归因于杂质的存在。观察到的磁老化机制，反映了在这种稀磁半导体的铁磁性稳定的缺陷所起的关键作用。
2006-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures and ferromagnetism in transition metals codoped ZnO
本文研究了ZnO基稀磁半导体：（Fe，Co）和（Fe，Cu）共掺杂ZnO的电子结构和磁性。铁磁性的起源被证明是不同的两个。(Fe，Co）共掺杂的ZnO不具有Fe-O-Co铁磁团簇形成的趋势，因此双交换机制将是无效的。而（Fe，Cu）共掺杂的ZnO由于Fe和Cu之间的电荷转移，有形成Fe-O-Cu铁磁团簇形成的趋势，通过双交换机制产生铁磁性。（Fe，Cu）共掺杂ZnO的基态为铁磁性，接近半金属态。
2003-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Spinel ferrite nanocrystals embedded inside ZnO: magnetic, electronic and magneto-transport properties
在本文中，我们表明，尖晶石型铁氧体纳米晶体（NiFe 2 O 4，CoFe 2 O 4）可以纹理嵌入内的ZnO矩阵通过离子注入和后退火。这两种铁氧体表现出不同的磁性能，例如矫顽力和磁化强度。观察到反常的霍尔效应和正的磁电阻效应。我们的研究表明，亚铁磁体/半导体混合系统在磁电子学的潜在应用。这种混合系统可以通过选择不同的过渡金属离子（从Mn到Zn）来调节，以获得各种磁性和电子性质。
2009-08-24 cond-mat.mtrl-sci
ZnO:Co Diluted Magnetic Semiconductor or Hybrid Nanostructure for Spintronics?
研究了本征缺陷和非本征缺陷对Co掺杂ZnO薄膜磁输运和电输运性质的影响。X射线吸收测量表明，Co取代了ZnO结构中的Zn，处于2+氧化态。磁化强度（M）测量表明，掺杂样品主要是顺磁性的。从5 K下测量的M对H环中，我们发现当L和S = 3/2时，轨道L和自旋S的值在1 ~ 1.3之间，与孤立Co2+的代表值一致.居里-外斯温度的负值表明过渡金属原子之间存在反铁磁相互作用。
2010-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Study of the Negative Magneto-Resistance of Single Proton-Implanted Lithium-Doped ZnO Microwires
研究了单次质子注入ZnO和Li（7%）掺杂ZnO微丝的磁输运性质。所生长的微丝是高度绝缘的，没有磁性。质子注入后，Li（7%）掺杂ZnO微丝在150 K以上出现非单调的负磁阻（MR）行为。这与质子注入ZnO在50 K以下观察到的单调NMR相反。所观察到的导线的传输特性的差异是有关的质子注入和Li掺杂在近表面区域产生的稳定的Zn空位的量。电阻的磁场依赖性可以通过质子注入后在导线中形成磁性/非磁性异质结构来解释。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in ZnO co-doped with Mn and N studied by soft x-ray magnetic circular dichroism
利用X射线磁圆二色性谱（XMCD）和共振光电子能谱研究了ZnO：Mn和ZnO：Mn，N薄膜的电子结构。从Mn 2 $p$ $\rightarrow3d$的XMCD结果表明，虽然在ZnO：Mn中观察到仅由顺磁性Mn $^{2+}$离子引起的XMCD信号，但在ZnO：Mn，N中观察到顺磁性、顺磁性和铁磁性Mn $^{2+}$离子共存. ZnO：Mn，N的XMCD信号表明，Mn的局域$^{2+}$基态和Mn的$^{2+}$态与配体空穴杂化共存，表明存在$p$ - $d$交换耦合.在价带谱中，费米能级附近的谱权重被抑制，表明ZnO：Mn，N中磁矩之间的相互作用具有局域化性质。
2011-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impurity-Ion pair induced high-temperature ferromagnetism in Co-doped ZnO
磁性3d离子掺杂到宽禁带氧化物中显示出室温铁磁性的特征，尽管它们的浓度比传统磁体中的浓度小两个数量级。这些特殊材料的原型是Co掺杂的ZnO，其室温铁磁性的解释仍然难以捉摸。在这里，我们表明，磁性来源于Co2+氧空位对与部分填充的水平接近ZnO导带最小值。这些对之间的磁相互作用是足够长的范围内，在中等浓度下引起渗滤。然而，磁相关集群大到足以显示在室温下的滞后已经形成低于逾渗阈值，并解释目前的实验结果。我们的工作表明，在ZnO：Co的磁性是完全由本征缺陷和相图。这表明了一种通过控制自旋电子学材料的本征缺陷来定制其磁性的方法。
2008-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of Fe3O4 thin films on ZnO and MgO substrates
采用分子束外延技术在ZnO和MgO衬底上外延生长了磁铁矿薄膜。薄膜质量被发现是强烈依赖于生长过程中的氧分压。利用低能电子衍射（LEED）、HArd X射线光电子能谱学（HAXPES）、磁光克尔效应（MOKE）和X射线磁圆二色性（XMCD）分析结构、电子和磁性。衍射图清楚地显示出ZnO在（111）方向上的生长。垂直结构分析HAXPES深度剖析揭示了均匀的磁铁矿薄膜上的两种类型的基板。MOKE和XMCD测量均显示ZnO上的薄膜的面内易磁化，且磁矩降低。
2009-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Interface magnetism and electronic structure: ZnO(0001)/Co3O4(111)
本文采用密度泛函理论（DFT）的GGA+U方法研究了尖晶石$\rm Co_3O_4$（111）表面及其与ZnO（0001）界面的结构、电子和磁性。两种可能的形式的尖晶石表面，包含$\rm Co^{2+} $和$\rm Co^{3+} $离子和终止与钴或氧离子，以及它们与氧化锌的界面被认为是。我们的计算表明，$\rm Co^{3+} $离子获得非零磁矩在表面和界面，在相反的散装，在那里他们是没有磁性的，导致铁磁有序。由于重Co掺杂的ZnO样品可以包含$\rm Co_3O_4 $第二相，这种在界面处的磁有序可以解释这些稀磁半导体（DMS）中的磁性的起源。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of isolated Re ion and Re-Re complex in ZnO studied by GGA +U approach
采用广义梯度近似+U修正方法，分析了Re取代纤锌矿和Zn掺杂ZnO中Zn离子和杂质对的磁性.应用于d（Zn）、p（O）和d（Re）轨道的+U项稳定Re的自旋极化。Re杂质引入了一个位于带隙中的缺陷能级，并且Re 2+在纤锌矿和锌尖晶石结构中产生了局域自旋5/2。计算了Re-Re对的磁耦合随缺陷之间的距离、缺陷的相对取向和电荷状态的变化。杂质之间的所有磁耦合都是反铁磁的，并且是由于中间O原子通过Re和O状态之间的强d（Re）-p（O）杂化而产生的。缺陷态和磁矩来自d（Re），并有Re的O近邻的p（O）轨道的贡献。研究结果表明，稀土掺杂纤锌矿氧化锌有望成为一种具有广阔应用前景的新型磁光材料。
2018-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Cooperative ordering of superparamagnetic ZnO nanograins
在本文中，我们试图了解ZnO纳米颗粒的磁性的确切性质。高温退火样品的磁滞和矫顽场的冷却场的依赖性，观察到合作的磁相关性和团聚的纳米晶粒内的有序。用修正的Weiss-Brillouin模型拟合了高温退火样品的感应内磁场沿外场方向的增加，表明超顺磁性晶粒间存在长程相互作用。我们提出了一个简单的想法，解释了由于磁通封闭的情况下，涡流状态的磁化强度降低。
2010-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in Co-doped ZnO films grown by molecular beam epitaxy: magnetic, electrical and microstructural studies
采用等离子体辅助分子束外延（MBE）技术在（0001）蓝宝石衬底上生长了高质量的5%和15% Co掺杂ZnO薄膜，研究了薄膜的结构、光学和磁性。磁力显微镜（MFM）和磁测量与SQUID磁强计显示明确的铁磁行为的薄膜到室温，而他们是反铁磁低于200 K左右。载流子迁移率的温度依赖性，确定使用拉曼线形状分析的光-声子-等离子体激元耦合模式。结果表明，Co原子自旋间的自由电子耦合是铁磁有序化的微观机制。这些结果使我们深入了解分子束外延生长的Zn（1-x）CoxO薄膜中载流子和磁性之间的微妙相互作用。
2011-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Cr doping on the structure, optical and magnetic properties of nanocrystalline ZnO particles
通过对ZnO的结构、光学和磁学性质的研究，探讨了Cr掺杂对ZnO的影响。采用溶液燃烧法制备了Zn 1-xCrxO（x = 0，0.01，0.03和0.05）纳米粒子。X射线粉末衍射（XRD）结果表明，所合成的样品均为六方纤锌矿结构，表明Cr 3+离子取代了Zn 2+离子而没有改变其结构。采用Willamson-Hall方法计算了ZnO的晶粒尺寸和微应变，发现ZnO的晶粒尺寸和微应变为36 +-2 nm，Zn_（0.95）Cr_（0.05）O的晶粒尺寸和微应变随Cr掺杂浓度的增加而减小，为20 +-2 nm。透射电子显微镜（TEM）结果表明，Zn_（1-x）Cr_xO（x = 0，0.03和0.05）的粒径分别为48 ± 2 nm，29 ± 2 nm和25 ± 2 nm。TEM形貌表明掺杂样品中的粒子发生了团聚。随着Cr含量从x = 0增加到0.05，带隙分别从3.305 ± 0.003eV略微减小到3.292 ± 0.003eV。光致发光测量显示，在样品中存在的缺陷，与锌空位和单离子氧空位。利用振动样品磁强计（VSM）在300 K下测量了ZnO和Cr掺杂ZnO的磁场相关磁化强度。所有样品都表现出铁磁行为。基于束缚磁极化子（BMP）机制解释了在ZnO中观察到的这种长程铁磁性有序。单电离氧空位在ZnO中观察到的室温铁磁性（RTFM）中起着至关重要的作用。由于这些样品中存在的缺陷，在Cr…
2021-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulation of magnetic phase transitions in Mn doped ZnO
采用Monte Carlo方法在伊辛模型下研究了Mn掺杂ZnO半导体的磁性。在不同掺杂浓度和不同载流子浓度下，得到了自发磁化强度、比热和磁化率随温度的变化关系。确定了发生高温转变的Mn浓度和载流子浓度的精确值。一个替代的解释有关的存在和性质的磁性在Mn稀释在ZnO系统的一些争议给出。其他功能也进行了研究。
2011-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Absence of ferromagnetism in Co and Mn substituted polycrystalline ZnO
讨论了磁性过渡金属离子Mn和Co取代半导体ZnO的性质，取代基分数范围为$x$ = 0.02~$x$ = 0.15。测量了磁性作为磁场和温度的函数，我们没有发现这些系统中的磁有序的证据，直到$T$ = 2 K。磁化强度可以通过外斯温度为$Θ\gg$ 100 K的居里-外斯项和居里项的总和来拟合。我们将这种行为归因于来自具有\textit{t} M最近邻的\textit{t} M离子和来自孤立自旋的贡献。这种特殊的功能形式的磁化率是用来解释为什么没有秩序观察到\textit{t} M取代ZnO样品，尽管外斯温度的大值。我们还详细讨论了我们用来最大限度地减少任何杂质对磁信号的贡献的方法。
2004-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous size dependence of the coercivity of nanopatterned CrGeTe3
本研究通过尖端SQUID显微镜发现纳米图案化CrGeTe₃纳米岛存在反常尺寸依赖矫顽力，其标度关系源于边缘态主导的磁各向异性，为低维磁性系统研究提供了新认知。
2024-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of metal dopant on structural and magnetic properties of ZnO nanoparticles
采用共沉淀法合成了Zn_（1-x）R_xO（R = Li，Mg，Cr，Mn，Fe和Cd），R离子的质量分数为3%。通过对样品的相组成、晶体结构、形貌、密度泛函理论（DFT）和磁性能的研究，探讨了R离子部分取代Zn 2+对样品磁性能的影响。X射线衍射分析表明，R掺杂对ZnO的晶格参数影响不大，掺杂后样品的结晶度提高。我们的研究结果表明，引入Cr，Mn和Fe以及Mg到ZnO诱导一个明确的磁矩没有任何明显的扭曲的结构形态。掺杂剂原子的空间配置是由第一性原理计算确定的，从而更好地理解负责磁性的掺杂剂原子的位置。计算得到Cr、Mn和Fe的磁矩分别为3.67、5.0和4.33 μB/掺杂原子，与实验值一致。虽然Cr和Fe倾向于形成团簇，但Mn更倾向于在系统内保持均匀分布，避免团簇衍生的磁性。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized electronic structure of the core-shell ZnO/ZnO:Mn nanowires probed by x-ray absorption and emission spectroscopy
结合X射线能谱分析方法和理论分析，揭示了纤锌矿ZnO纳米线阵列上沉积的Zn_（0.9）Mn_（0.1）O壳层中顺磁和反铁磁相的共存。壳是结晶的，具有朝向ZnO生长轴的取向，如通过X射线线性二色性所证明的。EXAFS分析证实，超过90%的Mn原子取代了壳层中的Zn，而第二相的分数低于10%。由Mn Kβ X射线发射谱估算出Mn的自旋磁矩为4.3μB，与置换Mn_Zn的理论值接近。而L_2，3的X射线磁性圆二色性分析表明，样品具有顺磁性，由自旋和规则直接确定的饱和自旋磁矩值为1.95μB。采用原子多重态模拟的定量分析后，这种差异被解释为共存的顺磁相和Mn的局部反铁磁耦合磁矩。最后，自旋极化电子态密度探测的自旋分辨Mn K边XANES光谱，从而分析了能带结构计算。
2013-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Reducing Heat Treatment on the Structural and the Magnetic Properties of Mn:ZnO Ceramics
Mn标称浓度为6、11、17和22原子%的多晶块状Mn：ZnO陶瓷通过固相反应方法制备，并在还原气氛（Ar（95%）和H2（5%））中进行热处理。样品进行了研究，特别强调其成分，结构和磁性。详细的微观结构和化学分析证实了锰掺杂的纤锌矿ZnO结构，主要是在ZnO晶粒的表面。对于具有较高Mn含量的样品，第二相ZnMn2O4和Mn 1-xZnxO（Zn掺杂MnO）分别检测到的制备和热处理的样品。在热处理下的第二相的结构变化，从ZnMn2O4到Mn1-xZnxO，证实了热处理的有效性，以减少金属离子的价态和在形成的氧空位进入系统。尽管诱导的缺陷，磁性分析目前只有一个顺磁性行为与反铁磁耦合之间的Mn离子。在束缚磁极化子理论的背景下，得出的结论是，氧空位是不必要的缺陷，以促进所需的铁磁秩序在室温下。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Surface magnetization in non-doped ZnO nanostructures
我们采用{ \it ab initio}方法研究了未掺杂ZnO纳米结构的磁性。与许多非杂质半导体中的铁磁性应该由本征点缺陷引起的建议相反，我们表明纳米结构材料中的铁磁性应该由扩展缺陷如表面和晶界介导。这种缺陷会产生离域的自旋极化状态，应该能够保证长距离的磁相互作用。
2009-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Dose dependence of ferromagnetism in Co-implanted ZnO
本文研究了在Al_2O_3（1120）衬底上生长的ZnO（0001）薄膜在不同注入剂量和较宽温度范围内的结构、磁性和电学性质。观察到强室温铁磁性，磁性参数取决于钴注入剂量。对Co注入ZnO薄膜的结构和磁性进行了详细的分析，结果表明Co注入ZnO薄膜中存在两个磁性相。一个是铁磁相，由于在ZnO层中注入的磁性钴离子之间形成长程铁磁有序，第二个是超顺磁相，这是由于在Al2O3衬底中形成金属钴簇而发生的。用X射线共振磁散射方法研究了钴、氧和锌的元素比磁化强度。磁二向色性观察到在钴L2，3的边缘，以及在O K边缘。此外，还观察到了反常的霍尔效应，支持了Co注入ZnO薄膜的铁磁性本质。
2008-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of Hydrogenated Li and Co doped ZnO nanoparticles
研究了氢化对Zn_（0.85）Co_（0.05）Li_（0.10）O纳米颗粒磁性能的影响。结果表明，室温下热处理的样品具有弱的铁磁性，而400 ℃热处理的样品具有强的铁磁性。在这两种情况下，在空气中在400 ° C下重新加热样品将其完全转换回顺磁状态（P）。通过X射线和电子衍射（ED）对样品的表征表明，在室温下氢化的样品中观察到的室温铁磁性是本质上的，而在400 ℃下氢化的样品中观察到的部分是由于钴金属簇。
2006-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Two magnetic regimes in doped ZnO corresponding to a dilute magnetic semiconductor and a dilute magnetic insulator
薄膜的ZnO掺杂磁性离子，Mn和Co，在某些情况下，与Al已制成具有非常宽的范围内的载流子密度。在绝缘和金属薄膜中均观察到铁磁行为，但当载流子密度为中间值时则没有。绝缘膜在低温下表现出可变的范围跳跃，并且由于局部自旋与静态局部态的相互作用而在室温下是铁磁性的。当处于局域态的载流子变得移动时，磁性被淬灭。在金属（简并半导体）的范围内，强大的铁磁性与非常强的磁光信号和室温异常霍尔数据一起重新出现。这证明了导带的极化，并表明当ZnO掺杂到金属区时，它表现为真正的磁性半导体。
2007-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electrical-current-induced magnetic hysteresis in self-assembled vertically aligned La_{2/3}Sr_{1/3}MnO_3:ZnO-nanopillar composites
磁阻随机存取存储器（MRAM）有望成为下一代信息存储设备。然而，在它成为广泛使用的存储解决方案之前，许多材料挑战仍未解决。其中，迫切需要的是确定一种材料系统，适合于缩小规模，并与低功耗逻辑应用兼容。自组装垂直取向La_{2/3} Sr_{1/3} MnO_3：ZnO纳米复合材料，其中La_{2/3} Sr_{1/3} MnO_3（LSMO）基质和ZnO纳米柱形成缠结结构，在LSMO和ZnO垂直界面之间发生位置匹配生长，通过结合其优异的电、磁（B）和光学性能，可能提供新的MRAM应用。在本文中，我们展示了在这些纳米柱复合材料的磁阻测量电流感生磁滞的结果。我们观察到，当电流水平较低时，例如，1 μ A，磁阻显示出线性的，负的，非滞后的B场依赖性。令人惊讶的是，当使用大电流时，I > 10 μ A，当B场在上下方向上扫描时观察到滞后行为。这种滞后现象随着样品温度的升高而减弱。一个可能的自旋阀机制有关的电流感应磁滞的建议和讨论。
2018-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Nearest neighbor exchange in Co- and Mn-doped ZnO
用密度泛函理论计算了ZnO中两个最近邻的替代磁性离子（Co或Mn）之间的磁相互作用，并与已有的实验数据进行了比较.使用本地自旋密度近似，我们发现共存的铁磁和反铁磁耦合的ZnO：Co，与实验相反。对于ZnO：Mn的两个耦合是反铁磁的，但偏离定量测量。这表明有必要更好地解释过渡离子位置处的强电子关联，我们已经通过应用LSDA+U方法完成了这一工作。我们表明，我们必须区分两个不同的最近邻交换积分的两个系统的问题，这都是反铁磁的值之间的-1.0和-2.0 meV的合理协议与实验。
2005-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism and suppression of metallic clusters in Fe implanted ZnO - a phenomenon related to defects?
研究了高真空退火的ZnO（0001）单晶的磁性能和注入Fe后的团簇形成趋势。虽然金属Fe团簇形成被抑制，没有证据的Fe磁矩的相关性观察到的ferromagnetics. The后者随着集群抑制的ZnO主机matrix中的缺陷进行了讨论，因为基板的结晶质量降低，由于通过X-射线衍射观察到的准备。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Insights into the room temperature magnetism of ZnO/Co3O4 mixtures
ZnO基稀磁半导体室温类铁磁行为的起源仍然是一个不清楚的话题。本工作集中在外观的RT磁矩在刚刚混合的ZnO/Co 3 O 4混合物未经热处理。在这项研究中，它表明，磁性似乎是有关的Co 3 O 4纳米粒子的表面还原，其中，反铁磁Co 3 O 4纳米粒子（核心）被包围的CoO-样壳。这种奇异的表面磁性也在其他含有半导体（如TiO 2）和绝缘体（如Al 2 O 3）的混合物中发现。
2009-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Two photon absorption with Ni doping in the dilute magnetic Semiconductor ZnO Crystalline Nanorods
在这封信中，我们研究了高品质的镍掺杂氧化锌纳米棒的三阶光学非线性结晶纤锌矿晶格，通过湿化学方法制备。在我们的实验中，我们发现，双光子吸收系数β增加多达14倍，即7.6 err 0.4至112 err 6 cm/GW，当Ni掺杂从0增加到10%。在带隙缩放和Ni掺杂方面的β的大幅增强进行了讨论。此外，我们还发现，通过紫外-可见光谱和光致发光光谱测量的光学带隙，连续红移随着Ni掺杂浓度的增加。我们设想，强非线性光学性质与它们的稀磁效应一起，它们形成在磁光和集成光学芯片的潜在应用的重要类别的材料。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of Mn impurities in ultra-thin ZnO nanowires: insights from density-functional theory
本文采用密度泛函理论结合杂化泛函方法研究了小直径Mn掺杂ZnO纳米线的原子和电子结构.我们确定Mn掺杂ZnO纳米线的磁性和电子结构的变化，由于表面效应，如表面上的氢吸附，氧空位和悬挂键的存在。在纳米线表面上没有钝化的情况下，锰原子分离到表面，而在氢吸附下，Mn的掺入在能量上更有利于内部站点。额外的氧空位的存在不会产生磁矩的显著变化，尽管它会产生电荷局部化的显著变化。
2018-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallicity of Wurtzite NiO and ZnO/NiO (0001) Interface: First Principles Simulation
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了纤锌矿ZnO/NiO（0001）界面的结构、电学和磁学性质.用密度泛函理论（DFT+U）方法研究了ZnO/NiO（0001）界面上纤锌矿型NiO（w-NiO）的半金属行为。通过对态密度、电荷布居和磁矩的分析，发现半金属性在界面附近减弱，但界面效应十分局域化。在界面上，系统保持铁磁基态，就像大块w-NiO一样。基于对外延生长情况的模拟，我们预测w-NiO是一种很有前途的自旋极化电流注入电极。
2011-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Fe-implanted ZnO: Magnetic precipitates versus dilution
目前，铁磁性常出现在潜在的稀磁半导体系统中。然而，许多作者认为，所观察到的铁磁性源于铁磁性沉淀物或亚稳分解，而不是来自载体介导的磁性杂质，如稀释磁性半导体所需的。在本文中，我们回答了这个问题，全面的Fe注入ZnO单晶。不同的注入能量密度和温度和注入后退火温度已被选择，以评估在很宽的参数范围内的结构和磁性能。发现了关于Fe浓度和工艺温度的三种不同的状态：1）在低Fe浓度和低加工温度下分散Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$，2）在非常高的加工温度下FeZn $_2$ O $_4$和3）金属Fe（Fe $^0$）和离子Fe（Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$）共存的中间状态。铁磁性仅在后两种情况下观察到，其中反转的ZnFe $_2$ O $_4$和$α$ -Fe纳米晶体分别是所观察到的铁磁性行为的起源。在最后一种情况下，离子Fe可能有助于载体介导的偶联。然而，由于缺乏p型载流子，它们的间隔太大而不能铁磁耦合。为了比较研究的Fe注入外延ZnO薄膜。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic properties of transition metal substituted ZnO
研究了多晶Zn_{1-x} TM_xO的结构和磁性，其中TM（过渡金属离子）= Mn，Fe和Co.与现有理论相反，在单相材料中没有观察到体相铁磁性.单相样品表现出顺磁居里-外斯行为与反铁磁相互作用，类似于其他稀磁半导体。非最佳合成条件导致形成负责自旋玻璃行为的第二相（Zn_{1-x} Mn_xO（S. Kolesnik等人，J. Supercond.：Incorp. Novel Magn.15，251（2002））或高温铁磁有序（对于居里温度T_C > 800 K的Zn_{1-x} Co_xO为Co金属，或对于T_C = 440 K的Zn_{1-x} Fe_xO为（Zn，Fe）_3O_4）。
2003-12-09 cond-mat.mtrl-sci
CPA for strongly correlated systems: Electronic structure and magnetic properties of NiO-ZnO solid solutions
利用相干势近似（CPA）的基本思想，发展了强关联无序材料电子结构的计算方法。在该方法的框架下，研究了强关联Ni $_{1-x}$ Zn $_x$ O固溶体中电子结构和自旋磁矩随$x$浓度的演化.计算得到的能隙和磁矩值与已有的实验数据符合较好。
2014-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reversible Ferromagnetic Switching in Zno:(Co,Mn) Powders
我们在这里报告的ZnO：Mn和ZnO：Co掺杂纳米粒子的磁性。我们已经发现，ZnO：Mn的铁磁性可以打开和关闭连续的低温退火在O2和N2分别，而观察到相反的现象ZnO：Co.这些结果表明，不同的缺陷（大概是n型的ZnO：Co和p型的ZnO：Mn）需要在每种情况下诱导铁磁耦合。我们认为，铁磁性很可能仅限于晶粒表面的一个非常薄的纳米层。这些研究结果揭示并深入了解ZnO掺杂氧化物中发生铁磁性的表面效应的戏剧性相关性。
2007-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear magnetic resonance of ion implanted $^8$Li in ZnO
我们报告的稳定性和磁性状态的离子注入$^8$锂在单晶的半导体ZnO使用$β$检测核磁共振。在超稀浓度下，光谱显示出从7.6到400 K的不同Li位点。电离的浅施主间隙Li在整个温度范围内是稳定的，证实了其自补偿其（Zn）替代对应物的受主特性的能力。在300 K以上，自旋-晶格弛豫表明相互作用缺陷的相关局部运动的开始，并且光谱显示从无序配置到替代的位置变化过渡。与间隙原子一样，替代原子也没有分辨出超精细分裂，表明它在210 K以上也完全电离。间隙$^8$ Li处的电场梯度表现出显著的温度依赖性，具有非立方金属的典型幂律。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of magnetic anisotropy in cobalt doped zinc oxide with electron-filling
基于第一性原理计算，预测了Co掺杂ZnO（Co：ZnO）的磁各向异性能（MAE）与电子填充有关。结果表明，电荷中性的Co：ZnO呈现“易平面”磁性。当修改电子总数时，易磁化轴从面内旋转到面外。MAE的变化被认为是Co离子基态的变化，这是由于电子在Co d轨道上的重新定位和电子填充引起的.
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanosized superparamagnetic precipitates in cobalt-doped ZnO
在室温下是否存在长程铁磁有序的半导体仍然是有争议的。一个特别重要的问题是二次磁相的存在，如集群，偏析等。这些往往是乏味的检测，导致矛盾的解释。我们发现，在我们的钴掺杂ZnO薄膜同质外延生长在单晶ZnO衬底的磁性毫不含糊地源于金属钴纳米夹杂物。磁性行为进行了研究，SQUID磁强计，X射线磁性圆二色性，和交流磁化率测量。结果进行了相关的高分辨率X射线衍射，透射电子显微镜和电子光谱成像的基础上详细的微观结构分析。没有发现稀释钴磁矩之间载流子介导的铁磁交换的证据，相反，结合数据提供了明确的证据，表明所观察到的室温铁磁行为源于纳米尺寸的超顺磁性金属钴沉淀。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic interaction of Co ions near the {10\bar{1}0} ZnO surface
Co掺杂的ZnO是典型的稀磁氧化物，表现出铁磁性的许多特性。然而，长程序的微观起源仍然是难以捉摸的，因为磁相互作用的传统机制，如超交换和双交换，在基本或定量水平上失败。有趣的是，越来越多的证据表明，点状或扩展形式的缺陷在驱动磁序中起着重要作用。在这里，我们探索这样的可能性之一，通过执行{ \it从头算}密度泛函理论计算的磁相互作用的Co离子在或附近的ZnO \{10 $\bar{1}$ 0\}表面。我们发现，扩展的表面状态可以杂交的$e$ -水平的Co和有效地调解的磁秩序，虽然这样的机制是有效的，只有离子放置在第一个几个原子平面附近的表面。我们还发现，磁各向异性的变化在表面从难轴易平面的易轴，其幅度的相关增加。然后，我们得出结论，具有高密度的表面钴离子的集群可能会显示阻塞温度远高于在散装。
2010-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tunneling Magnetoresistance and Spin-Dependent Diode Performance in Fully Epitaxial Magnetic Tunnel Junctions with Rock-salt Type ZnO/MgO
我们制备了具有双层隧道势垒的完全外延Fe/ZnO/MgO/Fe磁性隧道结（MTJ），其中ZnO具有亚稳态岩盐晶体结构。我们观察到一个高的磁阻比高达96%，在室温下（RT），并发现这些MTJ具有不对称的电流-电压特性，其整流性能在很大程度上取决于铁电极的磁化取向。二极管的责任在零偏置电压（$β_{0}$），这是一个重要的性能指标收获应用，观察到高达1.3 A/W在RT的反平行排列的磁化，同时保持相当低的电阻面积（RA）的产品（几十k ${Ωμ}$ m $^2$）。即使具有相同的顶部和底部电极（Fe），所获得的$β_{0}$值也与由具有多晶相异电极的非晶双层隧道势垒组成的所报道的高性能隧道二极管的值相当。这强烈地表明，外延ZnO/MgO双层隧道势垒是有效的增强$β_{0}$，而没有显着增加的RA。此外，我们证明了零偏置异常的隧道电导，这源于磁振子激发在Fe/势垒界面，起着至关重要的作用，在观察到的自旋相关二极管的性能。结果表明，具有双层隧道势垒的全外延MTJ是建立高性能高频整流系统的有希望的候选者。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Photo-enhanced magnetization in Fe-doped ZnO nanowires
一个新兴的电子学分支，光自旋电子学，将得到极大的推动，如果磁有序的光控制实现在磁性半导体纳米结构与实际技术兼容。在这里，我们表明，低Fe掺杂的ZnO纳米线的碳热工艺制备的铁磁性增强光照下的温度略低于室温。这种增强与反铁磁超交换Fe $^{3+}$ -Fe $^{3+}$对附近的氧空位V $_{\rm O}$的存在有关。在光照下，V $_{\rm O}$电离为V $_{\rm O}^+$，从而将电子给予来自反铁磁对的接近的Fe $^{3+}$离子。这种光激发的电子跃迁允许Fe $^{3+}$跃迁到Fe $^{2+}$，形成稳定的铁磁双交换对，增加总磁化强度。这里提出的结果表明，一个有效的方法来影响ZnO基纳米结构的磁性能，在高温下的光照射。
2016-06-22 cond-mat.mtrl-sci
