张 鹏, 秦秀波, 于润升, 李玉晓, 曹兴忠, 王宝义

(1.郑州大学 物理工程学院 河南 郑州 450001; 2.中国科学院 高能物理研究所 核分析技术重点实验室 北京 100049)

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稀磁半导体(dilute magnetic semiconductor，DMS)同时利用了电子的电荷和自旋两种自由度，在自旋电子学器件方面有很好的应用前景[1-4].通过控制合适的掺杂和制备条件，TiO2、ZnO、SnO2、Cu2O和In2O3等一系列氧化物掺杂过渡金属离子或稀土金属离子后所呈现的铁磁特性在文献上均相继有报道，其中尤其以TiO2和ZnO掺杂的报道最多[1].但是对于室温铁磁性的内禀属性及其起源的研究和争议却持续升温，传统的铁磁性理论不能解释掺杂浓度在渗滤临界状态以下时的磁性，载流子作为媒介的RKKY理论、空穴作为媒介的p-d交换模型以及能带掺杂引起的自旋劈裂理论在解释稀磁半导体材料的铁磁性方面都存在一定的困难[2-3].随着研究的深入，尤其我国科学家利用通道增强微分析和电子磁圆二色技术(electron magnetic chiral dichroism,EMCD)，确定了磁性离子在ZnO稀磁半导体基体中的掺杂状态为取代位，确定Co掺杂ZnO半导体具有内禀铁磁性，而Fe掺杂ZnO半导体不具有内禀铁磁性[4]，尽管仍然存在Co离子团簇以及Co离子注入后富Co层的形成对铁磁性的贡献的影响[5]，越来越多的研究人员逐渐接受了空位型缺陷在铁磁性起源中的关键作用[6-9].

空位型缺陷引起室温铁磁性的研究中，氧空位被认为起关键作用.氧空位的存在使TiO2的晶格扭曲，导致氧空位周围的电子重新分配，从而形成Ti3+-VO复合空位[5-6].然而实验上对……