Cu摻雜TiO2粉末的結構和磁性.pdf

1、最近幾年,特別是具有室溫鐵磁性的稀磁半導體材料,由于它們在自旋電子學器件方面具有潛在的應用前景,引起人們的廣泛關注。寬帶隙TiO2基稀磁半導體材料是否具有室溫鐵磁性成為目前最受關注的研究課題之一。本論文采用溶膠-凝膠的方法制備了銳鈦礦相和金紅石相Cu摻雜TiO2納米粉末,系統地研究了它們的結構和磁性。
　　 在空氣中將干凝膠在450℃和800℃下燒結2h,分別得到銳鈦礦相和金紅石相TiO2粉末。對結構分析表明,在Cu摻雜TiO2

2、粉末體系中,Cu的摻雜有利于銳鈦礦相向金紅石相轉變；燒結溫度越高越容易析出CuO。通過XPS分析表明,粉末樣品中的Ti離子都以正四價存在,替代了Ti離子的Cu離子都以正一價存在。
　　 對銳鈦礦相樣品能帶結構分析發現,在未摻雜的樣品中,由于氧空位的存在,在導帶底形成了淺施主雜質能級；在Ca摻雜樣品中,不僅由氧空位形成了淺施主雜質能級,還由于Cu3d軌道與O2p軌道雜化,在價帶項形成了雜質能帶。
　　 銳鈦礦相和金紅石相樣

3、品的磁性能相似,均具有室溫鐵磁性,并且隨Cu離子摻雜濃度的增加,飽和磁化強度先增強后減弱。但是與銳鈦礦相相比,由于Cu離子實際摻雜濃度和比表面積較小,所以導致金紅石相的飽和磁化強度較弱。
　　 通過將銳鈦礦相樣品在不同條件下處理來討論鐵磁性來源問題。先將銳鈦礦相樣品在不同氣氛下退火處理,發現在缺氧的氣氛下退火處理,樣品的鐵磁性增強,而在富氧的氣氛下退火處理則鐵磁性減弱。將銳鈦礦相樣品在不同壓強下壓制成塊,發現隨壓強增強或摻雜濃度