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
Origin of Ferromagnetism in nitrogen embedded ZnO:N thin films
用脉冲激光沉积法制备的氮嵌入ZnO：N薄膜具有明显的铁磁性。通过二次离子显微光谱和拉曼光谱实验证实了ZnO中含有氮离子，并且这些氮离子可以被认为是ZnO中的缺陷。根据实验结果，提出了一种基于Zn的完全填充d轨道中的一个电子的机制，该机制补偿了氮离子的悬挂键，并导致Zn轨道中的净自旋为1/2。这些半自旋与被缺陷捕获以形成铁磁性的局部电子强烈相关。最后，氮嵌入ZnO：N薄膜的磁性可以用束缚磁极化子模型来描述。
2007-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Incorporation of cobalt into ZnO nanoclusters
研究了钴、铝共掺杂纳米ZnO薄膜的结构、光学和磁性。在氧氦混合气氛中，用脉冲激光烧蚀法制备了团簇尺寸在50 ~ 100 nm范围内的纳米晶薄膜。纳米晶具有纤锌矿结构，并且高度取向，c轴垂直于衬底。光学和电子自旋共振（ESR）光谱的结果表明，在ZnO纳米团簇内的Zn网站上的Co $^{2+}$离子的替代纳入。ESR谱的温度依赖性符合居里定律，对应于顺磁性材料。
2005-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Optical property modification of ZnO: Effect of 1.2 MeV Ar irradiation
采用X射线衍射（XRD）、室温光致发光（PL）和紫外-可见光（UV-Vis）吸收光谱等方法对1.2 MeV Ar ~（^8+）辐照ZnO样品进行了系统研究。ZnO保持其纤锌矿晶体结构，直到最大能量密度为5 x 10^16个离子/cm ^2。XRD峰宽随辐照的变化也很小。样品的紫外-可见吸收光谱，未经辐照和辐照的最低能量密度（1 × 10^15离子/cm ^2），几乎是相同的。然而，PL发射在很大程度上淬灭了这个照射样品。随着能量密度的增加，吸收边出现红移。发现红移是由至少两个缺陷中心引起的。在5 x 10^15个离子/cm ^2的能量密度下，PL发射被恢复。随着辐照能量密度的增加，样品的颜色先变为橙色，然后变为深棕色。用5 × 10^15离子/cm ^2的能量密度辐照样品，观察到电阻率大幅下降。结果表明，在高能量密度辐照下，稳定的氧空位和锌空位是主要的缺陷。
2010-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Fe dopant in ZnO: 2+ vs 3+ valency and ion-carrier s,p-d exchange interaction
II-VI族半导体中过渡金属离子的掺杂剂表现出天然的2+价态。尽管如此，以前报道了ZnO中的3+或混合3+/2+价的铁离子。到目前为止，已经提出了几种相互矛盾的机制来解释这一事实。在这里，我们分析了铁价在ZnO的补充理论和实验研究。广义梯度近似（GGA+U）的计算表明，Fe离子是一个相对较浅的施主。在理想的ZnO中，其稳定电荷态为Fe ~（2+），而在实际样品中，（+/0）跃迁能级的高能量增强了Fe ~（2+）对Fe ~（3+）的补偿作用。利用电子顺磁共振、磁力计、电导率、激子磁圆二色性和磁光致发光等实验方法，我们证实了多晶（Zn，在Fe施主电离能为0.25 +/-的情况下，我们预测了掺杂Fe后n型电导率的增加0.02 eV与理论考虑的结果一致。此外，我们的磁光测量证实了计算的非零s，p-d交换带载流子之间的相互作用和本地化的磁矩的Fe 3+离子在ZnO中，是迄今为止一个悬而未决的问题。
2016-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Absence of ferromagnetism in V-implanted ZnO single crystals
介绍了V掺杂ZnO的结构和磁性。采用离子注入法将V离子引入到水热法制备的ZnO单晶中，注入剂量为1.2*10^16 ~ 6*10^16 cm^-2。在823 ~ 1023 K的高真空中进行了注入后退火。ZnO主体材料在照射后仍然部分地保持在结晶状态，并且通过退火部分地恢复。深度分布俄歇电子能谱显示V离子具有热迁移性。同步辐射X射线衍射表明没有形成第二相，这表明V取代到Zn位点上。然而，在所有的样品中没有明显的铁磁性观察到的超导量子干涉装置磁强计下降到5 K。
2006-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Fe implanted ferromagnetic ZnO
通过注入Fe离子，在ZnO单晶中诱导出室温铁磁性。当注入温度为620 K，离子注量为4 × 10^16 cm^-2时，在基质中形成的非常微小的Fe颗粒是铁磁性的主要原因。它们被确定使用同步加速器X射线衍射和穆斯堡尔光谱。另一方面，在253 K的温度和4 × 10^15 cm^-2的离子注量下注入的Fe离子被掺入到基质中，并形成室温稀磁半导体（DMS）。
2005-12-13 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
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
Tunable optical emissions of Eu3+ ions enabled by pressure-driven phase transition in ZnO
本文提出利用静水压驱动ZnO薄膜相变，成功调控Eu3+离子的光学发射，揭示了晶格对称性与局部环境对稀土发光特性的影响，为压力控制的光子器件设计奠定基础。
2025-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Electrical Transport Property of ZnO Thin Films in High H2 Pressure up to 20 bar
我们研究了用旋涂法制备的ZnO薄膜的H2压依赖性（从真空到20 bar）电流-电压特性。使用He气体减去气体压力对电导（G）的影响。当施加2巴的H2压力时，G增加，然后随着H2压力的进一步增加而单调减小。利用X射线衍射图和X射线光电子能谱学分析了氢气对ZnO薄膜的影响，发现氢气的溢出效应对ZnO薄膜的G值的变化起着重要的作用。
2016-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic order of Mn-doped ZnO: A Monte Carlo simulation of Carriers Concentration's effect
近年来，掺杂少量磁性杂质的稀磁半导体（DMS），特别是掺杂过渡金属的DMS，诱导铁磁DMS引起了人们极大的兴趣。采用伊辛模型中的蒙特卡罗方法，研究了不同载流子浓度下半导体中掺杂Mn离子的磁性。对于Zn_（1-x）Mn_xO的情况，我们的计算结果显示了载流子对理解磁序的存在和控制的影响。给出了获得高居里温度铁磁相所应采用或避免的载流子浓度的精确值。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Orientation-dependent chemistry and band-bending of Ti on polar ZnO surfaces
在极性ZnO（0001）-Zn和ZnO（000 $\bar{1}$）-O表面上沉积Ti（1-10 μ m）后，证实了取向相关的反应性和能带弯曲。在Ti沉积开始时，在ZnO（000 $\bar{1}$）-O上观察到向下的能带弯曲，而在ZnO（0001）-Zn上没有发生变化。结合Ti 2 p芯能级和Zn L $_3$（L $_2$）M $_{45}$ M $_{45}$俄歇跃迁的光电子能谱分析，确定了Ti/ZnO反应的形式为Ti + 2 ZnO $\rightarrow$ TiO $_2$ + 2 Zn on ZnO（0001）-Zn和Ti + y ZnO $\rightarrow$ TiZn $_x$ O $_y$ +（y-x）Zn on ZnO（000 $\bar{1}$）-O。同样，在退火较厚的Ti吸附层时，金属锌被除去，留下覆盖有$_2$ -样相的ZnO（0001）-Zn表面和覆盖有限定的（Ti，Zn，O）化合物的ZnO（000 $\bar{1}$）-O表面.最后，在O-终止（500 K）和Zn-终止（700 K）的表面之间的激活温度的差异被观察到，这是试探性地解释了不同的电场在ZnO表面的空间电荷层。
2018-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of ZnO diluted by Mn through a Monte Carlo Investigation
在稀磁半导体（DMS）中掺杂少量的磁性杂质诱导铁磁DMS在过去几年中引起了很多关注。特别是基于III-V族和II-VI族半导体掺杂过渡金属的DMS，由于其在自旋电子学中的应用，受到理论和实验科学家的广泛关注。本文研究了半导体中掺杂Mn离子在不同载流子浓度下的磁性。对于Zn 1-xMnxO的情况下，我们的计算结果，处理在Monte Carlo研究中使用的海森堡哈密顿的基础上的RKKY相互作用，显示良好收敛的MC数据的基础上，该哈密顿不同的载流子浓度。
2011-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Presence of a (1x1) oxygen overlayer on bare ZnO(0001) surfaces and at Schottky interfaces
利用表面X射线衍射技术研究了ZnO（0001）Zn极性晶片的原子表面和界面结构。所有裸露的样品都显示出位于终止Zn原子上方的顶部位置处的氧原子的（1x1）覆盖层的存在，通过几种密度泛函理论计算预测该结构是不稳定的。在ZnO与元素和氧化金属接触层的界面处清楚地看到相同的氧覆盖层。在典型的器件制造条件下处理的表面和界面处没有观察到显著的原子弛豫。
2011-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic defects promote ferromagnetism in Zn1-xCoxO
实验研究表明，Zn 1-xCoxO作为薄膜或纳米晶体具有铁磁性和高于室温的居里温度，并且Zn 1-xCoxO的p型或n型掺杂可以改变其磁性状态。体Zn 1-xCoxO具有低的缺陷密度和在实验薄膜研究中使用的范围内的x仅在非常低的温度下表现出铁磁性。因此，薄膜样品或纳米晶中的缺陷可能在促进Zn 1-xCoxO中Co离子间的磁相互作用中起重要作用。采用B3 LYP杂化密度泛函方法计算了ZnO中Co取代Zn、Zn和O空位、N取代和间隙Zn的电子结构. B3 LYP泛函预测的带隙为3.34 eV的散装ZnO，接近实验值3.47 eV。占据的少数自旋Co 3d能级位于价带的顶部，未占据的能级位于导带最小值上方。大多数自旋Co 3d水平杂交强烈与体ZnO状态。中性O空位和间隙Zn分别是深施主和浅施主。Zn空位是深受主，N空位的受主能级处于中能隙。通过计算含有两个Co离子和一个氧空位、取代N或间隙Zn的ZnO超电池在不同电荷状态下的磁态总能量，研究了p型或n型掺杂促进Co离子交换耦合的可能性.中性的N缺陷和带正电荷的O空位是仅有的两种在中程强烈促进Co离子铁磁交换耦合的缺陷。
2005-12-05 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
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
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
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
Tailoring the optical and physical properties of La doped ZnO nanostructured thin films
由于纳米结构材料具有可控的和不寻常的固有性质，因此对纳米结构材料的特性进行修饰和剪裁引起了人们极大的兴趣。采用喷雾热分解法制备了纯ZnO薄膜和La掺杂ZnO薄膜。La浓度（0、0.33、0.45、0.66、0.92和1.04at. %）对ZnO的结构、光学和磁性的影响。用能谱仪（EDX）对薄膜的场发射扫描电子显微镜进行了表征。X射线衍射分析表明，样品为单相六方纤锌矿结构。主晶尺寸随La掺杂浓度的变化从315.50 μ m减小到229.04 μ m。这种降低是由于与La离子相比，Zn离子的离子半径小。发现带隙值强烈地依赖于La 3+离子的含量。La的引入使ZnO产生了明显的磁矩，几何对称性没有任何畸变，同时也揭示了铁磁耦合。La掺杂量为1.04 at %的ZnO样品的饱和磁矩最高，达到0.014 emu，是纯ZnO样品的23倍。所得结果进行了讨论，并与其他文献数据进行了比较，并显示出可接受的协议。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Photoinduced reduction of surface states in Fe:ZnO
已知过渡金属掺杂增加光催化活性ZnO对可见光的光敏性。我们报告的电子结构的纳米晶体Fe：ZnO，这是最近被证明是一种有效的光催化剂。ZnO的光活性将纳米晶体材料的表面区域中的Fe从3+还原为2+。观察到对应于低自旋Fe 2+的电子态，并将其归因于表面的晶场修饰。这些状态对于可见光的光催化敏感性是重要的，这是由于它们在ZnO带隙中的深位置。X-射线吸收和X-射线光电子能谱表明，Fe仅在浓度高达3%时均匀分布。增加的浓度不会导致表面区域中Fe离子的浓度更高。这是限制ZnO的光催化功能的关键因素，其中Fe掺杂的最有效掺杂浓度已被证明是2-4%。使用共振光电子能谱，我们确定的Fe 3d状态的位置与灵敏度的Fe离子的电荷状态，即使是多价和多配位的Fe。
2012-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
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
Search for Origin of Room Temperature Ferromagnetism Properties in Ni doped ZnO Nanostructure
通过简单的低温湿化学方法制备的纳米结构样品的物理、光学和磁性，系统地研究了Ni掺杂ZnO样品室温铁磁性的起源。X射线衍射图的Reitveld细化显示了通过Ni掺杂的Zn/O占有比的应变弛豫和收缩的晶格参数的增加。类似地，扫描电子显微镜证实了Ni掺杂使形貌从纳米棒改变为纳米片，表明Ni离子掺入ZnO中。更有趣的是，XANES（X射线吸收近边光谱）测量证实，Ni是纳入ZnO作为Ni 2+。EXAFS（扩展X射线吸收精细结构）分析表明，在ZnO样品中的Zn位附近的结构紊乱随着Ni浓度的增加而激增。拉曼光谱在275 cm-1处显示出额外的缺陷驱动振动模式，仅在Ni掺杂的样品中出现，并且在580 cm-1峰处具有加宽的位移，这表明存在氧空位（VO）相关的缺陷。此外，在光致发光（PL）谱中，我们观察到在524 nm处出现了一个峰值，表明存在单电离的VO+，它可以激活稀磁半导体（DMS）中的束缚磁极化子（BMP）。磁化强度测量表明弱铁磁性在RT，这与增加Ni固结上升。因此，提出Ni离子的作用以及VO+产生的固有交换作用有助于产生BMP，这是Zn_（1-x）Ni_xO（0<x<0.125）体系中RT-FM的原因。
2017-08-31 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
Ferromagnetism in substituted zinc oxide
在（110）取向的ZnO薄膜中观察到室温铁磁性，其中Sc，Ti，V，Fe，Co或Ni的含量为5at%，而Cr，Mn或Cu的含量为5at%。有大的时刻，1.9和0.5 μ B/原子的Co和Ti取代的氧化物，分别。Sc-取代的ZnO也显示了0.3 μ B/Sc的时刻。磁化强度是非常各向异性的，取决于所施加的场相对于R-切割蓝宝石衬底的取向的变化高达三倍。结果进行解释的自旋分裂施主杂质带模型，它可以占铁磁性绝缘或导电高k氧化物的磁性离子的浓度远远低于逾渗阈值。铁磁性随薄膜生长过程中氧压的变化证明了铁磁性与缺陷浓度之间的联系。
2004-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
PbTiO$_3$(001) Capped with ZnO(11$\bar{2}$0): An Ab-Initio Study of Effect of Substrate Polarization on Interface Composition and CO$_2$ Dissociation
将CO $_2$催化转化为有用的化学品是昂贵的物理碳封存方法的有吸引力的替代方案。然而，这种方法是具有挑战性的，因为目前的化学转化方法采用高温或高压，从而增加成本并可能导致净碳正过程。本文研究了ZnO（11 $\bar{2}$ 0）/PbTiO $_3$的界面性质及其与CO $_2$、CO和O的表面相互作用。我们表明，稳定的界面的化学计量是依赖于衬底的极化，并可以通过改变生长条件进行控制。使用一个模型反应，我们证明了一个动态调整的催化方案，可以显着降低能量的方法CO $_2$转换。
2015-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Density-functional study of the structure and stability of ZnO surfaces
对ZnO的非极性（10 $\bar{1}$ 0）和（11 $\bar{2}$ 0）表面以及极性锌封端的（0001）-Zn和氧封端的（000 $\bar{1}$）-O表面进行了广泛的理论研究。特别注意的是各种参数的收敛性能，如基组，k-点网格，板厚，或LDA和PBE赝势计算使用平面波和混合基组内的松弛约束。讨论了不同方法处理极面稳定性问题的优缺点。这些表面的结构弛豫和能量的可靠的结果，并与以前的理论和实验数据，这也简要地审查和评论。
2002-06-27 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
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
X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism studies of transition-metal-co-doped ZnO nano-particles
采用X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究了顺磁性（Mn，Co）共掺杂和铁磁性（Fe，Co）共掺杂的ZnO纳米粒子。表面敏感的总电子产额模式和体敏感的总荧光产额模式已被用来提取的纳米粒子的表面和内核区域的价态和自旋态。XAS光谱表明，显着部分的掺杂Mn和Co原子被发现在三价和四价状态，特别是在表面区域，而大部分的Fe原子被发现在三价状态的内核区域和表面区域。XMCD谱表明，表面区域的Fe $^{3+}$离子产生铁磁性，而表面区域的Co和Mn离子只表现出顺磁性。内核区域的过渡金属原子不显示磁信号，这意味着它们是反铁磁耦合的。本研究结果结合先前对过渡金属掺杂ZnO纳米颗粒和纳米线的研究结果表明，掺杂空穴，可能是由于Zn空位在纳米颗粒和纳米线的表面形成，而不是掺杂电子参与发生在这些系统中的铁磁性。
2012-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
Electronic structure and photoluminescence properties of Zn-ion implanted silica glass before and after thermal annealing
本文给出了30 keV，D=1 × 10 ~（17）cm^~（-2）Zn离子注入a-SiO_2的XPS芯能级和价带谱测量、光致发光谱和电子结构的密度泛函理论计算结果以及Zn离子注入引起的石英玻璃结构缺陷的形成能。理论和实验都表明，注入锌离子占据间隙位置比阳离子取代在能量上更有利。结果，Zn离子嵌入到基质中，与周围的氧原子形成化学键，形成ZnO类纳米颗粒和缺氧的SiOx基质。随后在900 ℃（1小时）的热退火强烈地减少了ZnO纳米颗粒的数量，并诱导了α-Zn 2SiO 4相的形成，这显著地增强了绿光发射。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism of the diluted magnetic semiconductor Fe-doped ZnO nano-particles
利用X射线光电子能谱（XPS）、共振光电子能谱（RPES）、X射线吸收谱（XAS）和X射线磁圆二色性（XMCD）研究了Zn $_{0.9}$ Fe $_{0.1}$ O纳米粒子的电子结构。从实验和团簇模型计算结果中，我们发现Fe原子主要以Fe $^{3+}$离子态存在，并含有少量的Fe $^{2+}$，在纳米颗粒的表面区域Fe $^{3+}$离子占主导地位.结果表明，Zn $_{0.9}$ Fe $_{0.1}$ O纳米粒子的室温铁磁性主要来源于在$\sim$ 2-3 nm的XMCD探测深度范围内占据两组非等效位置的不等量Fe $^{3+}$离子之间的反铁磁耦合.
2009-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modelling competitive coadsorption in electrochemical growth processes
我们提出了电沉积氧化锌薄膜与有机添加剂的模型，重点是与曙红Y的混合膜的生长。首先，我们提出了一个速率方程模型，假设添加剂形成分支与暴露的一部分以上的ZnO沉积物，生长速度大于纯膜，并且这些分支附近的ZnO的生产率与暴露于溶液的高度成正比。这解释了分支附近OH-离子的产生以及与Zn++离子的反应。稳态解表明两种物种的增长率的分支，定性地解释了它们的催化作用。随后，我们提出了一个更现实的统计模型的混合存款从Zn++离子，氢氧化物前体和曙红在溶液中的形成。简单的概率规则用于曙红和氧的反应，考虑到从溶液中沿相同的线的扩散限制聚集模型的扩散。这种催化作用表现在曙红分支附近优先产生OH-离子，形成ZnO物种。的生长速率的改善是可能的，只有一个相当大的扩散系数的曙红在溶液中的氢氧化物前体相比，在协议与实验结果。在一系列相邻的曙红簇竞争性生长的情况下，在模拟存款中观察到的生长速率和高曙红负载的增加也同意定性与电沉积实验。
2006-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electrostatic Field Driven Alignment of Organic Oligomers on ZnO Surfaces
采用第一性原理密度泛函理论和非经验包埋方法研究了有机低聚物在ZnO（$10\bar{1}0$）表面的物理吸附。我们发现，在平面内的位置和取向的分子是完全由它们的四极矩耦合到周期性的偶极电场存在于半导体表面。吸附与垂直于表面的分子偶极矩的形成相关联，该分子偶极矩与分子-基底相互作用能具有意想不到的线性关系。长的低聚物，如sexiphenyl成为良好的对齐与稳定能量的几个100毫电子伏沿行的正电场，在最近的实验完全一致。这些发现定义了一个新的路线实现高度有序的自组装阵列的低聚物/聚合物的ZnO（$10\bar{1}0$）和类似的表面。
2011-01-21 cond-mat.mtrl-sci
On the vibrational properties of transition metal doped ZnO: surface, defect, and bandgap engineering
本研究通过固相反应法制备Mn和Co掺杂ZnO样品，系统分析其结构与光学性质，揭示Raman光谱附加谱带源于结构损伤与表面效应，并阐明非均匀掺杂与带隙减小引起的共振效应是SOP和LO模式增强的机制。
2023-08-01 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
p-(001)NiO/n-(0001)ZnO heterostructures grown by pulsed laser deposition technique
本文用 PLD 制备 NiO/ZnO 异质结构，揭示取向、畴结构与形貌差异，并证明仅 (001)NiO/(0001)ZnO 具有 p-n 结整流特性。
2024-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Electrostatic Friction of Organic Molecules on ZnO Surfaces
采用全原子分子动力学计算机模拟方法研究了单个共轭有机对六苯基（p-6 P）分子在无机ZnO $\left(10\overline{1}0\right)$表面的长时间自扩散过程.我们发现强烈的各向异性扩散过程中，沿极性[0001]方向的表面的扩散运动可以是许多数量级慢于在相关的实验温度比在垂直方向。观察可以合理化的基础电荷模式的静电异质表面施加方向依赖的能量障碍的运动的分子。此外，扩散行为被发现是正常的和Arrhenius样，由热激活的能量势垒交叉。然而，潜在的势能景观的详细分析表明，在一般情况下，激活势垒不能估计从理想化的零温度轨迹，但必须包括构象和位置偏移的分子沿其路径。此外，相应的（亥姆霍兹）自由能垒显着小于纯能量的障碍，在实验相关的温度下的绝对速率预测的影响。我们的研究结果表明，充分设计的衬底电荷模式可以被收获，以选择所需的生长模式的混合界面的光电子器件工程。
2014-08-19 cond-mat.mes-hall 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
Ethylene Carbonate Adsorption and Decomposition on Pristine and Defective ZnO (1010) Surface: A First-Principles Study
为了获得合适的涂层候选物，对锂离子电池阴极的涂层材料与电解质之间的反应性的基本理解是重要的。本文采用第一性原理密度泛函理论（DFT）方法研究了碳酸亚乙酯（EC）在ZnO（10-10）、O空位和Zn空位缺陷ZnO（10-10）上的吸附和分解反应.从热力学和动力学两方面研究了脱氢和EC开环反应生成CO2和C2 H4气体的可能分解途径。首先，我们发现分子EC通过其羰基氧（OC）与表面Zn之间的键合优先吸附在原始和缺陷ZnO（1010）上。其次，随后的分解反应显示EC在原始和有缺陷的ZnO上都有很大的分解趋势（10-10）。这种趋势由在原始和有缺陷的ZnO（10-10）（相对于EC气相计算）上分解EC的范围从-1.5eV到-2.5eV的大的热力学驱动力指示。然而，EC分解的大趋势受到EC分解的高活化能垒的阻碍，在Zn空位缺陷的ZnO（10-10）上的最低活化能垒为0.96 eV。因此，我们的研究结果表明，EC在ZnO（10-10）上的分解主要是由于其分解速度慢，而不是热力学因素受到阻碍。
2021-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hybrid density-functional theory calculations on surface effects in Co doped ZnO nanowires
在这项工作中，我们采用密度泛函理论与混合泛函研究的原子和电子结构的裸和氢化钴掺杂氧化锌纳米线。我们发现，在纳米线表面上的钝化的情况下，钴原子偏析到表面。另一方面，在氢钝化下，Co的掺入更有利于在内部位点。这表明，在纳米结构中的Co的掺入具有对环境的依赖性，并且可以通过外部原子和表面的弛豫来促进。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations and photoluminescence measurements of annealed ZnO surfaces
采用反应力场分子动力学模拟（ReaxFF）方法研究了热退火对纤锌矿ZnO（0 0 0 $\bar 1$）和（0 0 0 1）两种表面的影响.在700~K $ < T_{\mbox{\small t}} \leq 800$ ~K的阈值温度范围内退火的结果是，表面氧原子开始从（0 0 0 $\bar 1$）表面升华，而没有原子离开（0 0 0 1）表面。离开表面的氧的比率随着温度$T$（对于$T \geq T_{\mbox{\small t}}$）而增加。在光致发光（PL）光谱中的第二峰的相对发光强度，解释为样品表面上的空位的量的测量，定性地同意在MD模拟中发现的阈值行为。我们的模拟还揭示了氧二聚体在表面上的形成和部分电荷分布在退火过程中的演变。我们基于ReaxFF的MD模拟与实验观察一致。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of CO and OH adsorption on In-doped ZnO surfaces
我们提出了一个第一性原理计算研究的非极性ZnO（10 $\bar{1}$ 0）表面掺杂铟。使用模型ZnO板进行计算。In掺杂剂的位置从深体状层到表面层变化。通过研究缺陷形成能以及表面能对In位置的依赖关系，确定In原子的优先位置在表面。在ZnO的表面上的吸附位点和CO分子和OH-物种的吸附能量被确定在连接到In掺杂。结果发现，OH具有较高的键能比CO的表面。在ZnO的表面的In原子的存在下，有利于CO的吸附，导致在C-O键的伸长和电荷转移到表面。CO和OH吸附的表面上的电子和导电性能的影响进行了评估。我们的结论是，在掺杂ZnO表面应提出一个更高的电子响应CO吸附后。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural, Morphological, Optical and Magnetic Property of Mn doped Ferromagnetic ZnO thin film
采用溶胶-凝胶法制备了Zn_（1-x）Mn_xO（0 < x < 0.05）薄膜，并对其结构、光学和磁学性质进行了分析。膜是单相的性质，并没有形成任何第二相已检测到从结构分析。从形态学研究中也证实了这些薄膜中没有磁性杂质相。随着Mn掺杂浓度的增加，晶格常数和晶胞体积有增加的趋势。Mn 2+离子的掺入在系统中引入无序。这也导致随着掺杂的增加，薄膜的结晶质量略有下降。晶粒尺寸随Mn掺杂比例的增加而减小。带隙随掺杂浓度的增加而发生红移，局域态宽度随掺杂浓度的增加而增大。这是由于杂质带的形成和Mn原子的俘获导致禁带内缺陷态的产生。光致发光（PL）光谱显示出随着Mn掺杂的增加，激子和缺陷相关峰的强度逐渐降低。5at%Mn掺杂的ZnO薄膜在室温下也具有缺陷介导的内禀铁磁性。反铁磁（AFM）相互作用的强烈存在减少了所观察到的铁磁矩。
2012-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Protonic Conduction Induced Selective Room Temperature Hydrogen Response in ZnO/NiO Heterojunction Surfaces
在本文中，我们表明，通过表面化学吸附的环境水分的离子传导导致显着高的室温下对氢气的选择性响应。表面吸附的水分作为表面状态，并显示出离子导电性，由于较小的尺寸的ZnO纳米颗粒的20 +/- 5 nm。当p型NiO准纳米线（宽度~50 nm）与这些n型ZnO纳米颗粒混合以形成均匀的NiO/ZnO纳米块体p-n异质结构时，这种响应显著增强，即对于1200 ppm H2气体从10%增强到190%。最大响应在NiO/ZnO的组成为约50- 50%时获得，尽管它仍然是n型特性。从n型到p型的主要载流子类型反转发生在ZnO中约60-80%的相当高的NiO含量下，描绘了ZnO对响应的主要贡献。通过化学吸附水分（表面状态）的平行表面离子电流已被确定为在室温下高灵敏度的主要因素。因此，在NiO-ZnO界面处的异质结势垒的存在下，由于吸附的水分而辅助表面离子电导率，导致在室温下对氢的大的选择性响应。
2021-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
