利用射频等离子沉积方法制备Cu掺杂ZnO纳米棒及其磁学性质研究

【摘要】：本文报道了一种新颖的制备Cu掺杂ZnO纳米棒阵列的方法,该方法采用低成本的射频等离子体沉积方法生长出了排列整齐有序的Cu掺杂ZnO纳米棒阵列。该方法在制备过程中没有采用任何其它金属催化剂,因此有效避免了催化剂对ZnO纳米棒的污染。实验合成出的纳米棒沿垂直于基片的方向生长,其平均直径约为60 nm,长度约为700 nm,成分分析表明这些纳米棒的元素成分为Zn_(0.92)Cu_(0.08)O。磁学特性测试结果表明实验制备出的纳米棒在室温下具有明显的铁磁性,表明了其在稀磁半导体领域的潜在应用价值。结构特性测试结果则表明本文中的Cu掺杂ZnO纳米棒为单一相六方纤锌矿结构,这表明Cu在ZnO纳米棒中的存在方式应为替位式掺杂。由于拉曼散射的分析结果认为这些纳米棒中存在相当数量的氧空位,结合对这些纳米棒的电学性质测试结果,我们认为Cu掺杂ZnO纳米棒中的室温铁磁性可由束缚磁极化子模型来解释。ZnO纳米棒中的氧空位既可以充当电子施主又可以充当电子陷阱。这些电子陷阱束缚的电子可以和一定范围内的Cu离子发生自旋耦合形成束缚磁极化子,束缚磁极化子之间再发生铁磁耦合而在Cu掺杂ZnO纳米棒中形成了长程铁磁有序。