Al掺杂6H_SiC的磁性研究及理论计算_黄毅华.pdfVIP

物理 学报 Acta Phys. Sin. Vol. 66, No. 1 (2017) 017501 Al掺杂6H-SiC 的磁性研究与理论计算 陈忠明 黄政仁 黄毅华 江东亮 张辉 (中国科学院上海硅酸盐研究所结构中心、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050) ( 2016 年7 月19 日收到; 2016 年9 月29 日收到修改稿) d 铁磁性SiC 被认为是自旋电子学领域的关键材料之一, 受到广泛关注. 本文采用氩气气氛保护的共烧 掺杂方法制备具有d 铁磁性的Al 掺杂6H-SiC 粉体. 氩气气氛能有效抑制SiC 在高温下的分解, 保护Al 的有 效掺入. 所制备的粉体磁滞回线明显, 矫顽力大, 饱和磁矩达到0.07 emu/g. 随着煅烧温度的升高, 粉体从原 来的抗磁性逐渐转变为铁磁性, 当温度进一步升高至2200 ◦C 以上时, 粉体重新表现为抗磁性. 采用第一性原 理计算了其磁性的来源, 并分析其净自旋在正空间中的分布情况. 计算表明, Al 原子与空位的共同作用产生 了1.0 B 的局域磁矩, 且其在 轴方向具有较稳定磁耦合作用. Al 掺杂6H-SiC 粉体的磁性主要来自于C 原 子的p 轨道电子. 关键词: d 铁磁性, SiC, 高温掺杂 PACS: 75.60.Ej, 71.20.–b, 75.75.Cd DOI: 10.7498/aps.66.017501 变情况. 他们称: 证实这种产生磁性的电子结构是 1 引 言 一个惊喜的挑战, 这种挑战将可能开启使用这些 材料的新世界. 近年来相关稀磁半导体d 铁磁性 d 铁磁性是2005 年爱尔兰科学家Coey 在综 的研究成为热点, Ando 6 在《Science》上报道: 赋 1 24 述 其连续4 年在《Nature》发表的3 篇论文 予半导体磁性就是在原来“电荷通和断”的维度上 等工作时提出的一个概念, 即在d 轨道和f 轨道没 增加具有记忆功能的“自旋上和下”两个维度, 自 有不成对电子的情况下, 材料(如石墨、CaB 和 旋电子学可能对计算机信息等领域产生变革性的 HfO 等) 具有铁磁性和高于室温居里温度的一种 影响. 性能. 一直以来, 铁磁性都是Fe, Co, Ni 等不成对 作为新一代的半导体材料, SiC 的d 铁磁性也 d 电子元素和稀土等不成对f 电子元素所专有的性 在近年受到国内外众多学者的关注. 诱导SiC 产 能. Coey 认为是晶格或键缺陷的存在导致了杂带 生d 铁磁性的方法目前主要有两种. 一种是通过 (impurity band) 出现, 并产生自旋极化. 电子自 中子辐照或离子轰击的方法使SiC 内部产生空位 发或受缺陷影响进入杂带, 产生自旋不对称, 从而 缺陷, 从而产生d 铁磁性79 . 北京凝聚态物理 产生d 铁磁性. 目前这一概念和现象已被凝聚态 7 国家实验室的Liu 等 报道: 采用中子辐照的方 5 物理领域广泛接受并证实. Garcia 等 在《Nano 法制备了磁性可控的6H-SiC 单晶, 其居里温度高 Letters》上报道: 采用有机分子覆盖的方法, 改变