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Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成及磁性研究
Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成及磁性研究
引言
过去几十年来，研究人员一直致力于研究半导体材料的磁性质和磁性机制。近年来，掺杂稀磁金属的ZnO材料引起了研究人员的兴趣，特别是Mn掺杂ZnO材料。这是因为Mn掺杂ZnO材料具有许多有趣的性质，如磁性、光学性能等，这些性能使得Mn掺杂ZnO材料可以应用于多种领域，如磁性存储和光电领域。本文旨在介绍Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成方法、磁性质及其磁性机制的研究进展。
化学合成方法
化学合成是一种经济、简便的制备半导体材料的方法之一。Mn掺杂ZnO可以通过直接合成法、溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等多种方法进行合成。
直接合成法是一种简单的方法，它通过直接将Mn和ZnO粉末混合在一起，然后在高温下烧结制备材料。这种方法制备的材料往往具有较差的磁性能和不稳定的结构。
溶胶-凝胶法是一种通过溶液将Mn和Zn离子混合在一起，然后固化和烧结得到Mn掺杂ZnO材料的方法。这种方法制备的材料具有良好的结晶性和较好的磁性能。
水热法是一种通过在高温高压下在水溶液中混合Mn和Zn离子合成Mn掺杂ZnO材料的方法。这种法制备的材料具有良好的结晶性、均匀性和较高的磁性能。
气相沉积法是一种通过在高温高压下将Mn和Zn离子混合并在基片上进行化学反应从而制备Mn掺杂ZnO材料。这种方法制备的材料具有良好的结晶性、单晶性和磁性能。
磁性质及机制
Mn掺杂ZnO材料磁性质的大小和Mn掺杂浓度有关。当Mn掺杂浓度较低时，Mn掺杂ZnO材料的磁性质较小，这是因为Mn3+通过改变电子结构而引起的磁性质。随着Mn掺杂浓度的增加，Mn掺杂ZnO材料的磁性质不断增加，这是因为掺杂的Mn3+形成了静态和动态的磁矩，增强了材料的磁性。当Mn掺杂浓度过高时，杂质相可能会产生，导致材料的磁性能下降。
Mn掺杂ZnO材料的磁性机制包括两种模型：DMS模型和FMM模型。DMS模型认为掺杂的Mn离子是一个离子磁性中心，使磁性质得到增强，而材料的导电性能不会因掺杂而受到严重影响。FMM模型认为掺杂的Mn离子是一个有序的磁性中心，通过在密码子空间中改变离子环境，引起了FMM（巨磁电阻）效应和磁导率增强。实验表明，Mn掺杂ZnO材料主要采用DMS模型。
结论
从文中我们可以得知，Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成方法共有四种，通过选择方法及操作技术可制备出良好的材料。Mn掺杂ZnO材料的磁性质大小与Mn掺杂浓度以及材料的结构有关，并且Mn掺杂ZnO材料的磁性机制主要是DMS模型。这些结果为Mn掺杂ZnO稀磁半导体的应用提供了基础，是该领域未来深入研究的贡献。