【摘要】：具有磁學(xué)性質(zhì)的半導(dǎo)體材料在許多領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。類石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的六方氮化硼具有良好的熱傳導(dǎo)性、化學(xué)穩(wěn)定性、高溫耐氧化性等諸多優(yōu)良特性。纖鋅礦氮化銦具有優(yōu)良的電子輸運(yùn)特性、穩(wěn)定的化學(xué)和機(jī)械性能。因此本文選取六方氮化硼和纖鋅礦氮化銦作為研究對象,對它們的磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了著重研究。本文的主要研究成果如下:氧層內(nèi)摻雜改變了h-BN穩(wěn)定的共價鍵結(jié)構(gòu),從而使h-BN產(chǎn)生磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。反應(yīng)時間是調(diào)控氧摻雜hBN納米顆粒磁性大小的關(guān)鍵因素,當(dāng)12 h時,可達(dá)到最大值0.2975 emu/g。磁性來源于B 2p軌道電子,N 2p軌道電子和O 2p軌道電子之間發(fā)生的相互耦合作用。隨著溫度降低,hBN薄膜電流值減小,呈現(xiàn)半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)。氧摻雜導(dǎo)致費(fèi)米能級提高并穿過導(dǎo)帶是氧摻雜h-BN納米顆粒導(dǎo)電的原因。不同于氧摻雜,鈉摻雜屬于層間摻雜。N 2s、2p軌道電子與Na 3s軌道電子之間的耦合,導(dǎo)致了鈉摻雜h-BN微米帶呈現(xiàn)室溫鐵磁性。不同鈉摻雜濃度的h-BN微米帶呈現(xiàn)不同的飽和磁化強(qiáng)度。單根鈉摻雜h-BN微米帶電學(xué)測試結(jié)果顯示,隨著溫度的降低電流減小,呈現(xiàn)半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)。原因是鈉摻雜導(dǎo)致體系的費(fèi)米能級提高,使導(dǎo)帶底穿過了費(fèi)米面,從而呈現(xiàn)導(dǎo)電性。合成出不同摻雜濃度的InN:Dy納米片。樣品的飽和磁化強(qiáng)度隨著Dy摻雜濃度的增加呈拋物線變化,最大值為0.1455 emu/g。磁性主要來源于Dy的4f軌道。從總態(tài)密度可以看出由于Dy摻雜導(dǎo)致費(fèi)米面穿過導(dǎo)帶自旋向上的電子,呈現(xiàn)半金屬鐵磁性。合成出不同摻雜含量的InN:Ce納米片。樣品的飽和磁化強(qiáng)度隨著Ce摻雜濃度的增加呈拋物線變化,最大值為0.125 emu/g。磁性主要來源于Ce的4f軌道。從總態(tài)密度可以得到,Ce摻雜導(dǎo)致費(fèi)米面同時穿過價帶自旋向上和自旋向下的電子,使InN體現(xiàn)出金屬鐵磁性。合成出了不同摻雜濃度的InN:Mn納米顆粒。樣品的飽和磁化強(qiáng)度隨著Mn摻雜濃度的增加呈拋物線變化,最大值為0.2998 emu/g。磁性主要來源于Mn的3d軌道。從總態(tài)密度可以得到Mn摻雜導(dǎo)致費(fèi)米面穿過導(dǎo)帶自旋向上的電子,使InN體現(xiàn)出半金屬鐵磁性的特征。不同離子摻雜的InN納米材料的飽和磁化強(qiáng)度,都隨著摻雜濃度的增加呈拋物線式變化的這一現(xiàn)象,可以通過基于局部載流子與摻雜離子相互交換作用的束縛磁極化理論(BMP)來解釋。即當(dāng)摻雜濃度高于某個值時,相鄰的摻雜離子之間的反鐵磁性相互作用削弱了鐵磁性行為,從而導(dǎo)致樣品的飽和磁化強(qiáng)度值降低。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;TB383.1
【圖文】：

圖 1.1 納米材料的制備方法主要介紹化學(xué)氣相沉積法，水熱法，溶膠-凝膠法和高能球磨法和各自的優(yōu)缺點。氣相沉積是在一個有一定溫度的襯底上，利用高溫將反應(yīng)物蒸而使反應(yīng)物氣體在高溫環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成納米材料。這的反應(yīng)物在高溫下反應(yīng)，生成物在保護(hù)氣體環(huán)境中遇冷凝固，以收集納米尺寸的目的產(chǎn)物，從而達(dá)到制備各種納米材料的過的優(yōu)點是得到的納米材料純度高，顆粒尺寸小，顆粒均勻，而性高。此外，化學(xué)氣相沉積法的設(shè)備價格低，易于操作，有著景。但是這種方法也有沉積速率低，所需襯底熔點溫度高等缺

圖 1.2 滿殼層原子總數(shù)與表面原子的百分比關(guān)系[7]量子尺寸效應(yīng)指的是當(dāng)顆粒的尺寸減小到某一數(shù)值時，費(fèi)米級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級，或者能隙變寬的現(xiàn)象。當(dāng)能級間距電能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，就必須考慮量子尺寸效應(yīng)。量子尺顆粒的光、電、磁、聲、熱等特性與宏觀材料的相關(guān)特性有著小尺寸效應(yīng)是指當(dāng)納米顆粒的尺寸減小到與光波波長、德布態(tài)的相干波長或透射深度等物理的特征尺寸相當(dāng)或者更小時界將會破壞。將導(dǎo)致聲、光、電、磁等呈現(xiàn)出與普通非納米材

方氮化硼（hBN）和三方氮化硼同素異構(gòu)體中，hBN 具有和石廣泛關(guān)注。由于 hBN 通常為白色層中，B 與 N 原子通過 sp2的雜每層與上下層之間則是以 ABAB層之間依靠范德華力結(jié)合，相對動。hBN 和石墨烯的晶格常數(shù)和 所示。表 1.1 hBN 和石墨烯的物性參hBN .44 pm, c=665.62 pm a=144 pm sp2

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本文編號：2797455