一、稀磁半导体异质结构的自旋极化输运性质（论文文献综述）
郭奇勋[1]（2021）在《拓扑绝缘体薄膜的电输运性质与CoFeB/MgO多层膜的自旋轨道矩研究》文中认为本论文的内容涉及对三维拓扑绝缘体（TI）薄膜的电输运性质和CoFeB/MgO多层膜中自旋轨道矩效应（SOT）的研究。我们利用磁控溅射的方法制备了 Bi2Te3、（Bi,Sb）2Te3以及Cr掺杂的拓扑绝缘体薄膜,研究其低温电输运性质,利用栅极电压对其性质进行调控;在Zr/CoFeB/MgO和W/CoFeB/Zr/MgO薄膜中,对垂直磁各向异性（PMA）以及SOT诱导的磁化翻转进行了研究。主要研究内容如下:（1）我们选择磁控溅射方法在非晶SiO2衬底上制备Bi2Te3族拓扑绝缘体薄膜,Bi2Te3薄膜的ARPES数据以及（Bi,Sb）2Te3样品的双极性效应都表明在磁控溅射的多晶薄膜中存在拓扑表面态。通过栅极电压调控,Cr掺杂拓扑绝缘体薄膜的反常霍尔电阻达到了 16.4kΩ,约为量子反常霍尔电阻（h/e2≈25.8 kΩ）的60%。磁控溅射方法可以制备大面积的拓扑绝缘体薄膜,对具有复杂结构的多层膜的自旋电子学器件的应用具有重要意义。（2）利用室温溅射加后退火的方法制备的Bi2Te3薄膜,克服了加热衬底溅射生长Bi2Te3薄膜表面粗糙度很大的缺点,具有非常均匀、平整的界面,有更好的c轴择优取向。两类薄膜相比较,后退火的Bi2Te3薄膜的载流子浓度更低,相位相干长度更大,具有更好的二维拓扑表面态特征。（3）研究了不同载流子类型的Cr掺杂的（Bi1-xSbx）2Te3薄膜在低温下负磁电阻行为。在温度T=2K下,磁场H=2T时Cr掺杂的（Bi1-xSbx）2Te3薄膜在电荷中性点附近观察到达到61%的巨大的负磁电阻。通过调节费米能级,确定了薄膜的巨负磁电阻强烈依赖于费米能级EF的位置:当费米能级远离电荷中性点时,负MR相对较小,而当费米能级被调节到电荷中性点附近时,负MR达到最大值。（4）制备了不同Zr厚度的Zr/CoFeB/MgO多层膜,实验结果表明,4d轻金属Zr也能产生SOT效应,且Zr层厚度对Zr/CoFeB/MgO中电流诱导的有效场有巨大的影响,甚至可以使有效场的方向发生变化。Zr的自旋霍尔角大约-0.03,远大于现有文献中报道的Mo的自旋霍尔角（-0.003）。通过设计铁磁层和轻金属层的界面并注入更多的自旋流/轨道流,有望进一步提高有效场效率ξDL。（5）在CoFeB/MgO界面插入一层0.4 nm的Zr,得到了具有垂直磁各向异性的W/CoFeB/Zr/MgO薄膜,其垂直磁各向异性场Hk随着退火温度升高而增大,在540℃时达到最大值。结构表征表明,退火温度从270℃升高到600℃,钨的结构从高阻的β相变为低阻非晶相。SOT效应研究的结果表明,随着退火温度升高,W的电阻率逐渐下降,而类阻尼矩的效率几乎不随退火温度变化（约-0.2）,归一化功耗可降低60%以上。
孙勇[2]（2021）在《3d过渡金属稀磁半导体的磁性调控机制研究》文中进行了进一步梳理稀磁半导体结合了磁学与半导体的特性,是一种能同时操控电荷与自旋自由度的新型自旋电子学基础材料。该领域研究的核心是实现材料的室温铁磁性。纯HfO2薄膜中弱铁磁性的发现给3d过渡金属稀磁半导体氧化物的研究带来了新的契机。ZnO作为3d过渡金属稀磁半导体的典型代表,研究其纳米材料的制备、铁磁性起源与调控具有重要的理论意义与应用前景。本文以d0类ZnO、dx类Co2+掺杂ZnO和fx类Ce3+掺杂ZnO稀磁半导体的磁性起源与调控机制为出发点,研究了dx类块体反铁磁NiO与fx类块体反铁磁CeO2纳米材料的室温铁磁性调控机制。并在稀磁半导体氧化物的基础上,研究了阴离子缺陷对纳米级铁氧体、类金属磷化物与氮化物的磁性影响,为稀磁半导体在自旋电子学方面的进一步应用加强了基础。本论文研究主要集中在以下方面:（1）d0类ZnO基稀磁半导体的合成与铁磁性研究。通过热解法合成了尺寸可控的单分散ZnO纳米颗粒、形貌无差异的Co-ZnO纳米颗粒与微纳结构无差异的Ce-ZnO多孔纳米片。对于单分散ZnO纳米颗粒,实验结果表明,相比于反铁磁特性的块体ZnO,样品表现出与氧缺陷浓度正相关的室温铁磁性,磁性从2.3 memu/g增强到12.8memu/g。针对ZnO磁性弱的缺点,我们对ZnO进行了磁性离子dx类Co2+与fx类Ce3+掺杂。相比于未掺杂ZnO,Co-ZnO纳米颗粒与Ce-ZnO多孔纳米片的饱和磁化强度分别提高至32.9 memu/g与27.1 memu/g,磁性离子有效地增强了样品的磁性,且磁性与表面氧缺陷浓度变化规律相一致。第一性原理计算显示,体系的磁性来源于氧缺陷诱导的O 2p轨道以及dx或fx类磁性元素的3d或4f轨道。结合实验与计算结果,我们建立了d0类ZnO基稀磁半导体“微纳结构-掺杂浓度/表面氧缺陷-磁性”的调控机制,对探索与理解3d过渡金属稀磁半导体的磁性起源与调控具有重要意义。（2）dx类NiO纳米团簇和fx类CeO2纳米材料的合成与铁磁性研究。通过溶剂热法和静电纺丝技术分别制备了由微小纳米晶自组装的dx类NiO纳米团簇和fx类CeO2纳米材料,研究了其铁磁性调控机制。实验结果表明,NiO纳米团簇经过空气退火,氧缺陷减小,其饱和磁化强度从144 memu/g减小到3 memu/g;CeO2纳米材料经过H2/Ar退火,氧缺陷增加,其饱和磁化强度从26.5 memu/g增加到45.8 memu/g,这说明氧缺陷对于dx类与fx类块体反铁磁稀磁半导体的室温铁磁性具有重要的增强作用。理论计算表明,氧缺陷的存在诱导了长程有序的“磁性离子-氧缺陷-磁性离子”亚铁磁耦合(Ni2+-Ov-Ni2+)或铁磁性耦合(Ce+4-σ-OV-Ce+4-σ),体系的磁矩主要来自因氧缺陷诱导的局域自旋O 2p轨道与磁性离子的磁性3d或4f轨道。因此氧缺陷对dx类与fx类块体反铁磁稀磁半导体铁磁性的调控具有重要意义。（3）在研究了氧缺陷对稀磁半导体氧化物的磁性调控机制上,我们进一步研究了氧缺陷对非化学计量比ZnxFe3-xO4纳米颗粒的磁学影响。采用热解法制备了尺寸可调的单分散非化学计量比ZnxFe3-xO4纳米颗粒。非化学计量比ZnxFe3-xO4纳米颗粒中Zn/Fe原子比与氧缺陷浓度均随着颗粒尺寸的增大而降低,导致其从超顺磁性转变为铁磁性。磁性圆二色谱表明,随着Zn/Fe原子比增加,Fe3+的自旋磁矩减小,轨道磁矩冻结,饱和磁化强度降低。经过空气退火,所有样品的饱和磁化强度降低,表明氧缺陷对其磁性有很大的影响。空气退火会降低氧缺陷浓度,部分Fe3+-OV-Fe3+铁磁耦合转变为Fe3+-OL-Fe3+反铁磁耦合。该工作通过调控化学计量比和氧缺陷浓度实现了对ZnxFe3-xO4磁性的调节,为理解和调控铁氧体的磁学性质提供了新的思路。（4）探究阴离子缺陷对3d过渡金属磷化物与氮化物的磁性影响。通过热解法和水热-氮化法分别制备了NiCoP纳米颗粒与CoN纳米棒。通过减少初始磷源量,增加NiCoP纳米颗粒中的磷缺陷,导致样品磁性显着增强,从2.9 memu增加到14.1memu/g。同时,NiCoP纳米颗粒与CoN纳米棒在H2/Ar氛围中退火分别了增加其表面磷缺陷和氮缺陷,诱导NiCoP纳米颗粒磁性从14.1 memu/g增加到22.7 memu/g,CoN纳米棒磁性从22.2 memu/g增加到30.4 memu/g。通过对磁化曲线的拟合,发现是阴离子缺陷的增加导致了样品中磁性粒子浓度增加,进而导致磁性提高。这主要是阴离子缺陷的增加导致邻近阴离子缺陷的磁性离子数目及其磁矩倾斜程度增加,诱导了更多的“磁性离子-阴离子缺陷-磁性离子”亚铁磁耦合,从而增强样品的磁性。这种阴离子缺陷对金属氧化物、磷化物、氮化物、碳化物和硫化物的磁性调控上具有重要意义。
李鹤鸣[3]（2021）在《基于新型2D材料横向异质结的光电和自旋输运性质研究》文中认为以半导体集成电路为代表的微电子学的发展给人类带来了一场信息技术的革命。然而随着芯片特征长度到达5纳米级别,预言了半个世纪以来行业发展的摩尔定律面临重大挑战。某种意义上来说,分子电子学和自旋电子学等交叉学科都从不同的角度出发,为后摩尔时代做着准备。另一方面,随着石墨烯被成功制备,二维材料领域得到了飞速发展。由于二维材料具有力学强度高,比表面积大,较高的载流子迁移率等一系列特性,被认为是新一代电子器件的极佳载体,从而引发了极大的研究兴趣。另外,二维材料除了具备非常有趣的本征特性,还具备容易调制的特点,可以通过掺杂、缺陷、修饰、表面吸附及应力等方法改变其物理化学性质;也可以通过堆叠或气相沉积等方法,将二维材料制备成垂直或者横向的异质结,这进一步提高了二维材料的应用范围。如今,二维材料在纳米电子学,自旋电子学,光电子学等各个领域的应用价值都被广泛的关注。在纳米级的器件应用中,电子在器件中的输运问题是器件功能化的一个核心问题。当器件尺寸接近电子的弛豫长度时,必须考虑量子效应的影响,非平衡格林函数（non-equilibrium Green’s function,NEGF）方法可以很好的处理输运过程中的弹性散射和相干输运问题。另外,通过考虑自旋,以及通过一阶Born近似考虑光和电子的相互作用,可以在器件中处理自旋弛豫和光诱导的电流输运问题。这大大提高了输运研究的范围和适用性。基于以上考虑,在本论文中,我们采用基于第一性原理的密度泛函理论（density function theory,DFT）,结合NEGF方法,研究了多种二维材料及其异质结的电子结构,磁性,自旋极化,载流子迁移率,激子效应,自旋输运以及光电性质,为新一代电子器件的发展提出了一些理论指导。论文主要的研究内容和得到的研究结果如下:（1）提出了一组基于硅烯和Ⅲ-Ⅴ族化合物构成的横向异质结（lateral heterostructure,LHS）纳米带设计方案。经过优化,AIP和GaAs两种Ⅲ-Ⅴ族化合物可以分别与硅烯形成稳定的LHS结构。由于Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅烯形成的LHS存在Ⅲ-Si,Ⅴ-Si两种界面,因此两种异质结的电子结构和性质不同。我们发现其自旋极化方向和带隙的差异来自于在异质结界面处Ⅲ族（Al,Ga）或V族（P,As）原子和Si原子相连所产生的不同方向的横向电场。基于此,以Ⅲ-Si,V-Si两种界面的LHS为基础设计了一组器件,并使用NEGF方法计算了器件的电流电压曲线。计算结果表明,这两种器件具有相反的自旋过滤特性;在低偏压（小于0.2V）的情况下,这两种器件拥有超过90%的自旋过滤效率,并且Si-Ⅲ界面异质纳米带更适合于自旋过滤应用。同时,我们还证明了这组LHS的自旋输运性质是独立于纳米带的宽度和其他因素的,仅取决于异质结面的相邻原子,是具有鲁棒性的。（2）随着越来越多的二维材料（如石墨烯、锗烯等）的成功制备,许多基于纳米带的自旋电子器件被提出,其中包括单层的磁电阻器件。但是,纳米器件内不同位置的自旋反平行（anti-parallel,AP）态在实验中很难实现。在这里,我们提出了 一种由B4CN3和B3CN4纳米带组成的横向异质结（LHS）,由于这两种材料的相反的掺杂效应,异质结的基态是AP态,因而更易在实验中实现。另外,异质结可以表现出很强的自旋相关电荷整流以及巨磁阻效应,并且在AP和P自旋态中都具有很高的自旋过滤效率。这一发现为建立高效磁阻和自旋过滤装置开辟了一条新的途径。（3）预测了一个三元二维材料家族NaCuX（X=S,Se,Te）。证明了这组材料是稳定的且较易从其层状的块体中剥离的,因此便于实验制备。计算结果表明,NaCuX（X=S,Se,Te）具有适合光电应用的1.2 eV到1.6 eV的直接带隙。我们用GW+BSE方法计算了它的光吸收系数,发现这组材料对可见光和红外波段都有很高的光吸收率。并且NaCuX（X=S,Se,Te）的载流子迁移率与黑磷（BP）处在同一量级（103～104 cm2 V-1 s-1）,因此很适合于电子器件的应用。基于此,设计了一组基于单层NaCuX（X=S,Se,Te）的光电结并计算了光电流等参数,其中基于NaCuTe的器件光响应度（Rph）可达0.105AW-1。因此,这组二维三元材料在光电领域有较大的应用潜力。本论文主要分为以下章节:第一章,绪论,概述了从摩尔定律到后摩尔时代的研究路径,并且从二维材料的发现发展,到二维材料的制备及调控,以及其在自旋电子学和光电子学中的应用等多个方面介绍了二维材料的应用前景,给出了本文的研究背景。第二章介绍了本文主要的研究方法密度泛函理论和以非平衡格林函数方法为基础的输运理论。第三章主要研究了硅烯与III-V族化合物构成的横向异质结（LHS）纳米带的自旋极化的起因和输运问题,给出了一种调制硅烯自旋极化的设计方案。第四章主要研究了两种硼碳氮化物所组成的异质结的磁性和输运性质,并提出了一种集巨磁阻效应,整流和自旋过滤效应为一体的多功能器件。第五章提出了一种新的三元二维材料NaCuX（X=S,Se,Te）,并从材料的稳定性到材料的电子和光电性质各个方面论证了其在光电方面的应用前景。
高文强[4]（2021）在《磁场调控光生载流子的分离及高效光催化材料》文中认为太阳能因其分布范围广,能量输入稳定,清洁,安全等优点得到了越来越高的重视程度。各国科研工作者都致力于实现通过太阳能来发展环境友好,清洁安全,可持续发展,经济可行的工业技术。太阳能向化学能转换过程成为目前最为重要的研究热点。通过利用太阳能辐射的吸收,实现化学能的能量转换过程。太阳能向化学能转换目前主要的应用领域包括:光催化降解有机污染物;光催化分解水制氢气;光催化CO2还原和光催化固氮。这些应用为解决能源需求危机和解决日益严重的环境污染,温室效应等问题提供了有效的解决途径。近年来,光催化材料研究和性能提升取得了显着的成果,但是光催化的效率始终是其应用的核心限制因素,而光催化性能提升的关键因素包括:（1）增强太阳光的吸收光谱范围,获得更多的光生载流子;（2）提高载流子的分离效率,实现更多的载流子到达催化活性位点;（3）改善催化反应活性,提高催化位点上的载流子利用率。本质上都是针对光生载流子有效利用数量的调控,即分别针对光生载流子的产生、分离、利用三个过程。光生载流子是半导体价带电子吸收能量后跃迁到导带形成的非平衡载流子,很容易复合而恢复到平衡态,此外材料中的杂质、空位等对载流子具有很强的捕获作用,形成复合中心,因此,材料本征的载流子分离效率很低,是限制光催化效率提升的关键和材料调控的难点。其中,应用最广泛和最有效的策略主要有以下两种:（1）结合不同的光催化反应体系,开发能带匹配的光催化异质结构。利用不同半导体能带结构差别,通过势能差形成在复合界面处的内建电场“因势利导”实现光生载流子从能级高的一端向能级底的一端自然移动,实现光生载流子的高效分离,例如,通过p-n半导体异质结;type-Ⅱ型异质结构;直接Z-scheme型异质结构和肖特基异质结构等半导体复合异质结构,通过内建电场实现高效光生载流子分离;（2）利用外场辅助增强光生载流子的分离。除了通过构建半导体异质结构促进光生载流子的分离,在光催化反应体系中引入外场是在不改变半导体原始性质的情况下提高光催化活性的一种灵活而可控的策略。通过施加微波、压电、热、电极化、磁场等外场都有能力提高半导体的电荷分离,为光生载流子的快速分离提供所需的外部驱动力来克服光生载流子的快速复合,从而提高光催化性能。但是,大部分外场的施加,例如电场,都需要将催化材料负载在电极材料上,虽然能提高单位质量催化剂的催化效率,但有两个不利影响:1.将悬浮液三维催化体系降低为电极材料上的二维催化体系,整体催化效率降低;2.将材料负载在电极上时,会覆盖光催化材料的催化位点,影响粉体材料催化活性位点的充分利用。此外,这类施加电场所需要的电极、导线、电源等会带来较大的资源和能源消耗。如何实现对粉体光催化材料施加非接触的外场作用,将是光催化技术研究的一个新的突破点,同时也是一个难点。磁场容易作用在悬浮体系的纳米颗粒上,在对纳米颗粒性能的无线调控方面,具有显着的优势。基于此,本工作的研究思路是,将在载流子调控方面很少被关注的磁场作用,引入研究体系,主要研究思路如下:1.基于磁场作用下运动的电荷会受到磁场洛伦兹力作用,改变运动方向这一基本物理原理出发,开展对非磁性光催化材料光生载流子的调控研究。2.利用磁场对电子自旋极化的调控作用,通过电子自旋极化改变载流子分离特性,开展对磁性光催化材料光生载流子的调控研究。主要内容为:首先研究磁场洛伦兹力对光生电子和空穴的直接作用,利用光生电子和空穴在磁场中运动产生反方向的洛伦兹力影响其运动状态,从而限制其复合;其次,利用洛伦兹力引起的纳米导体电子极化分布所形成的微电势,即运动导体电磁感应产生的动生电动势,实现对其表面组装的半导体纳米材料的光生载流子分离的调控。然后,根据磁性半导体材料中的电子自旋方向多样,具有自旋极化状态调控的条件,研究在磁场作用下,通过调节电子自旋极化状态,对光生电子和空穴的自旋极化状态进行调节,影响其复合率,从而实现磁场对磁性半导体光催化材料的光生载流子分离的调控。主要研究内容及成果如下:（1）洛伦兹力调控光生载流子分离和磁场辅助光催化:首先,利用载流子与磁场相对运动受到的洛伦兹力作用,抑制光生载流子的复合,实现高效光催化性能。选择最常用的二氧化钛（TiO2）光催化材料作为模式材料,制备了晶格结构完整的TiO2纳米带,研究其在磁场中相对运动时的光催化性能,分析磁场对半导体材料光催化性能调控机理。结果显示,在普通的搅拌式光催化系统下放置永磁体提供磁场,与不施加磁场相比,光催化降效率可以提高约40%。利用电化学Mott-Schottky曲线分析光生载流子浓度,发现磁场作用下的光生载流子浓度增加了约30%,因此提出通过引入洛伦兹力对光生电子和空穴的反方向作用力,在光生载流子光激发形成初期对电子-空穴复合过程形成抑制作用,实现了传输过程中的光生载流子数量增多,进而实现光催化性能提升,这为设计增强光生载流子分离的材料和系统开辟了一条新的思路。其次,在洛伦兹力作用提高TiO2纳米带中光生载流子的分离效率的研究基础上,构建晶格完整TiO2纳米带与还原氧化石墨烯（rGO）的异质结构,探索在磁场洛伦兹力作用对异质结构光生载流子分离的调控作用。研究结果显示,在相同磁场条件下,rGO/TiO2纳米带异质结构的光催化效率比纯TiO2纳米带的光催化降解率提高了 34%,说明异质结构的界面内建电场对光生载流子分离产生显着作用。结合磁场洛伦兹力和异质结构界面内建电场协同作用,提出从光生载流子分离和输运两个阶段来讨论其光催化增强机理,即分离阶段,磁场洛伦兹力抑制了光生载流子产生初期的复合,使得能够参与载流子输运的数量增加;输运阶段,rGO-TiO2异质结构形成的内建电场为载流子提供了自发输运路径,实现了更多的光生载流子的转移。这种具有“内建电场-磁场”协同作用的复合光催化材料设计思路,为磁场增强光催化材料设计展示了重要的方向。（2）电磁感应原位微电场的构建及磁场对纳米复合结构光催化材料的载流子调控:通过构建以纳米导体为核的复合结构材料,实现磁场中金属导体电磁感应效应的动生电动势,为复合材料提供原位微电场,增强光生载流子的分离。根据电磁感应原理,在磁场中运动的金属导体,其电子受到洛伦兹力作用形成电荷极化分布,宏观上表现为磁场动生电动势。以纳米导体为核构建的复合光催化材料中,纳米导体的动生电动势作为原位微电场调节光生载流子的分离,从而实现光催化性能的提升。基于以上材料设计思路,通过以金（Au）纳米棒作为纳米导体材料,以CdS纳米颗粒作为半导体光催化材料,构建Au@CdS纳米复合材料作为模式材料,展开电磁感应微电势对光生载流子分离性能调控的机理研究。利用自主设计和改造的运动磁场施加装置,研究了复合材料在磁场作用下光催化制氢性能的变化,结果显示在磁场作用下,Au@CdS纳米复合材料的光催化制氢效率可以提高110%左右,证明了磁场动生电动势提供的微电场对光生载流子分离的有效增强。这种利用金属-半导体核壳纳米复合结构在磁场作用下产生的电磁感应微电场,是纳米结构材料从相对运动的动能到电势能的有效转换结构,为非接触外场增强光催化性能提供了材料设计新思路,能够形成功能材料介导的原位微电场增强载流子分离的复合结构光催化材料新体系。除了磁场原位微电场对负载的光催化材料中光生载流子的调控作用,局域表面等离激元效应（LSPR）是在金属表面自由电子与相同振动频率的光子相互作用形成的电磁振荡。其中,形成的热电子也具有光生载流子特性,因此,磁场与运动导体作用产生微电势可能会对在金属导体表面基于LSPR产生的热电子具有调控作用。LSPR效应需要避免表面负载对金属表面电子的影响,通过构建钯（Pd）-金（Au）纳米棒（NRs）哑铃状复合结构,既形成复合结构催化材料,降低Pd的负载影响Au的LSPR,用于开展等离子体增强的甲酸脱氢催化反应,研究磁场作用下的催化性能调控。研究表明,利用自主设计和改进的运动磁场施加装置,对Pd-Au NRs哑铃状复合结构的甲酸脱氢反应过程施加运动磁场,在28℃反应条件下的甲酸脱氢效率提高了约60%,在45℃的反应条件下,甲酸脱氢效率提高可达150%以上。由于Pd催化甲酸脱氢反应与Pd表面电子密度密切相关,磁场作用下催化性能的显着提升说明Pd表面电子的富集,表明更多的Au纳米棒LSPR产生的热电子转移到Pd纳米颗粒的表面,验证了磁场动生电动势对LSPR热电子的调控作用,形成原位微电场对自体载流子的调节作用。本工作进一步证实了功能材料介导的原位微电场增强光生载流子分离的复合结构光催化材料设计具有可行性和普适性。（3）磁场调控铁磁半导体电子自旋极化增强光生载流子的分离:磁性半导体材料的电子自旋方向不同,没有表现出对光生载流子的作用,但是其电子自旋方向是可以利用磁场进行调节的,当电子自旋极化后,磁性半导体材料的光激发电子和空穴自旋极化状态会受到影响,进而调控光生载流子分离。通过结构调控选择选取具有光催化性能的铁酸锌（ZnFe2O4）铁磁性材料,研究其在磁场中电子自旋极化态的变化与光生载流子分离和催化活性的关系。通过引入阳离子无序和氧空位,合成了具有不同铁磁性能的ZnFe2O4（ZFO）光电极。在磁场作用下,铁磁性能越好的ZnFe2O4具有更强的光电催化析氧反应（OER）性能,实现了减少煅烧时间与磷化处理的ZnFe2O4在1.23和1.57 V vs可逆氢电极（RHE）时的OER性能比无磁场作用下分别提高了 150%和125%。其机理可解释为,阳离子无序和氧空位的引入,提高了自旋电子浓度,在磁场作用下会实现更多的电子自旋极化。处于自旋极化状态的电子在光激发过程中,电子和空穴形成相反的极化状态,空穴的极化会保持,而电子进入激发态后,由于超精细结构效应、自旋-轨道耦合效应等,会弛豫失去极化状态,即部分电子自旋方向发生反转。因为没有能够与之复合的、具有适当自旋方向的空穴存在,反转的电子向空穴的跃迁是受阻的,限制了光生电子空穴的复合。此外,电子自旋极化产生的磁阻效应,降低了载流子输运的电阻,使更多的光生载流子分离并转移到催化活性表面,增强OER催化性能。本工作通过调控电子自旋极化增强光生载流子分离,扩展了磁场增强光催化性能的理论和材料体系。整体来说,本论文研究了磁场调控光催化性能的机理,并提出了材料设计原理,构建了磁场增强光催化的材料体系。将磁场对电荷的洛伦兹力和对电子自旋极化的调控,应用在光生载流子分离过程中,实现抑制光生载流子的复合和增强其输运,进而实现了光催化性能的提升。作为非接触式的外场调控体系,对高性能的光催化材料体系的构建和拓展,提供了一定的指导意义。
许学莉[5]（2020）在《复杂氧化物的非线性光谱与强磁场下光谱研究》文中指出光学一直以来都是物理学中重要的一部分。随着强磁场技术的不断发展与完善,运用强磁场下的光谱技术发现了材料中许多新的物理现象,也解答了许多物理疑问,比如探究强磁场诱导的绝缘体金属相变的内在机理。除此之外,伴随着激光的飞速发展,非线性光学尤其是二阶非线性光学（SHG）也被广泛的用于探究薄膜和复合材料的表面和界面状态以及材料的晶格,铁电,铁磁结构。尤其是对于一些表面比较脆弱的材料和异质结,二阶非线性光学表现出了很强的优势。本文介绍了强磁场下的光谱和非线性光学两种技术手段在探究材料物性上的应用。主要工作内容如下:首先在绪论部分,我们分别对强磁场下的光谱和非线性光学做了概括介绍。第二节介绍了强磁光实验在国际上的发展及研究现状。第三节介绍了非线性光学尤其是二阶非线性光学的原理,及在材料中的应用。第四节主要介绍了本文的研究动机及研究内容。第二章介绍了我们实验室中搭建的SHG光路系统。第一节主要介绍了 SHG光路系统的搭建以及激光器,光电倍增管,锁相等元件的使用情况。第二节简单介绍了基于此光路系统的Labview数据采集系统,以及适合我们光路的两种运行程序。第三节介绍了基于此光路系统的Matlab数据仿真系统。通过这个仿真系统我们可以模拟出不同样品的SHG极化图。第四节介绍了基于这些测试系统进行的相关合作。比如用显微SHG光路探究二硫属化合物WSe2的结构,表征薄膜材料的铁电相变温度等。第三章主要介绍了用磁光谱的方法研究了具有G型反铁磁结构的双层钌氧化物Ca3（Ru0.91Mn0.09）207（CRMO）单晶。发现CRMO单晶中不仅存在磁场和温度诱导的金属绝缘体转变。而且通过对磁光谱精细特征的分析,发现CRMO中Ru离子的4d轨道在低温下是处于反铁磁/铁轨序（AFM/FO）结构,且在金属绝缘体相变的关键点附近存在相分离。第四章主要介绍了我们利用非线性光学中二次谐波的技术发现了钛/疲劳钛酸锶异质结界面处的极化整流效应。并通过拉曼,介电等测量手段发现这种疲劳的钛酸锶处于原始铁电态与铁电态之间的中间态。我们通过反复施加电压的方法在Ti/SrTiO3/Au异质结的Ti/SrTiO3的界面处引入了适量的氧空位。这些氧空位和其周围的巡游电子组成了“极化子”。我们利用二次谐波的技术测量了不同方向电压下的电极化,验证了这种“极化子”的极化整流效应。另外,通过不同温度,不通电场下的拉曼,介电等测量手段还发现这种疲劳的SrTiO3展现出了预铁电态效应。这些发现不仅为进一步研究钙钛矿氧化物的铁电态提供了途径,而且提出了一种新型的电极化整流装置,可能成为未来电子器件的基础。第五章主要介绍了 MOF材料中的非线性光学效应。MOF由于其骨架型结构等独特的优势使其成为了一个高度可调的平台,在光学、电学、磁性材料、化学传感、催化和生物医学等领域都有着巨大的应用潜力。尤其是在近几年来,表现出优异的非线性光学性质,使其成为最有潜力被利用的固态非线性材料之一。我们也介绍了相关的实验进展,为构建出非线性性能更好的MOF材料,我们设计了一种新的配体结构的MOF-1,并对其进行了光学性能表征。目前该实验还在进行中。第六章是工作总结和展望,强磁光在材料的物性表征中发挥着越来越重要的作用。利用强磁光也发现了很多之前未发现的物理现象,解决了很多物理问题。伴随着强磁场技术的发展,我们也会提高强磁场下光谱技术的测量范围、精度,以期能够更广泛的应用在材料的物性表征中。非线性光学尤其是二阶非线性光学具有对晶体对称性敏感、非接触性、不需加工、操作方便等优点。已经被越来越广泛的被应用到新型材料的物性表征中。但我们对于材料的光学研究还处于初步发展阶段,有一些问题和技术仍需要深入的研究。
刘燚[6]（2020）在《掺杂对In2S3光/磁特性及电子结构影响研究》文中研究表明自旋电子学器件同时利用了电子的自旋和电荷属性,具有速度快、存储密度大、体积小、能耗低和非易失性等诸多优点在电子信息科学与技术领域具有十分广阔的应用前景。稀磁半导体被视为制造自旋电子学器件最具潜力的后备材料,现已成为该领域的研究热点。若把材料的光学、电学以及磁学性能结合到一起,将产生集磁光电为一体的新一代多功能自旋电子学器件。硫化铟（In2S3）具有缺陷尖晶石结构,其晶体中存在大量的空位缺陷,有利于客体离子的掺入。此外In2S3还具有低毒、高化学稳定性和良好的光学、电学性质,已被广泛应用于光催化、太阳能电池、自旋依赖的光电器件等多功能设备中。掺杂作为改变半导体材料性能的有效手段,通过不同浓度的元素掺杂可实现对材料光学和磁学性质的调控。本论文以In2S3为主体材料,选取稀土元素（Gd、Tm、Sm）和过渡金属（Cu）作为掺杂剂,制备出了具有发光、光电和室温铁磁性的In2S3基纳米颗粒。实验研究了掺杂浓度对其光学和磁学性能的影响,并通过第一性原理计算对体系的电子结构和磁性来源进行了系统分析。本文的主要研究成果如下:1.利用气-液相化学反应方法制备了四方相未掺杂和不同掺杂浓度的In2S3:Gd纳米颗粒,其晶粒尺寸约为3-5 nm。紫外-可见吸收光谱显示样品在可见光范围具有很强的吸收,并且随着掺杂浓度的增加,带隙值呈现出先增加后减小的规律。由于所制备样品的粒径小于In2S3的激子波尔半径（33.8 nm）,致使样品的光致发光（PL）光谱发生了蓝移,表现出明显的量子限制效应,同时Gd掺杂浓度可影响PL光谱的强度。磁性测量结果表明制备的样品具有室温铁磁性,饱和磁化强度随Gd掺杂浓度的增加呈先增加后减小的趋势,并基于束缚磁极化子理论对该现象做出了合理解释。第一性原理计算表明,铁磁性由In空位和掺杂的Gd3+离子所致,磁矩贡献主要来自于In空位周围最邻近的S 3p态和Gd 4f态。2.合成出了不同掺杂浓度的In2S3:Tm纳米颗粒（粒径尺寸3-5 nm）,掺杂稀土元素Tm导致体系光吸收边红移、带隙减小,同时在686 nm和789 nm处观察到了Tm3+离子3H6→3H2,3和3H6→3H4能级跃迁的吸收峰。较低Tm掺杂浓度导致样品PL强度增强,当掺杂浓度超过1.22 at.%时,由于发生浓度淬灭现象PL强度减弱,经分析浓度淬灭机制为电偶极-电偶极相互作用。样品荧光寿命随Tm掺杂浓度的增加而减小,证明了基质In2S3和掺杂Tm3+离子之间存在有效的能量传递。通过对p-Si/In2S3异质结构的光电性能测试,说明Tm3+离子的引入显着提高了In2S3对可见光的敏感性。此外,In2S3:Tm纳米颗粒还显示出了室温铁磁性,通过改变Tm掺杂浓度,样品的饱和磁化强度可调。从理论计算的态密度图可知,Tm掺杂后带隙减小、载流子浓度增加,样品的铁磁性主要由Tm 4f轨道电子提供。3.制备了具有较高纯度的未掺杂和不同掺杂浓度的In2S3:Sm纳米颗粒（大约3-5 nm）,通过调节Sm掺杂浓度可调控体系的带隙值,并且掺杂可增加样品的内部缺陷、降低局域对称性,从而增强PL强度。所制备的样品均显示出室温铁磁性,并且随Sm掺杂浓度的增加饱和磁化强度表现出先升高再下降的趋势。未掺杂In2S3纳米颗粒显示出的微弱铁磁性由晶体生长过程中所形成的空位缺陷引起,通过第一性原理计算证实了In2S3的磁性由In空位诱导。包含In空位和Sm掺杂的复合缺陷体系的磁性来自于In空位周围最近邻的S 3p态和Sm 4f态。能带结构计算结果表明,体系跃迁类型为间接跃迁并且掺杂Sm元素后禁带宽度减小,与紫外-可见漫反射光谱的测试结果一致。4.研究了具有室温铁磁性的纯In2S3和In2S3:Cu纳米颗粒,通过改变Cu掺杂量可调节晶体的光吸收带边位置,同时掺杂可增加样品的缺陷态进而导致PL强度增强。样品的饱和磁化强度随Cu掺杂浓度的增加而单调增大,说明Cu掺杂能够增强In2S3的铁磁性。通过第一性原理计算表明In空位对诱导In2S3:Cu铁磁性起到了至关重要的作用,Cu掺杂后体系的自旋极化现象由S 3p和Cu 3d态之间的轨道杂化引起,磁矩贡献主要来自于In空位周围S原子的3p态和Cu原子的3d态。
徐萌[7]（2020）在《In2-xCrxO3薄膜/PMN-PT单晶异质结构的铁电场效应研究》文中研究表明场效应晶体管（FETs）具有低功耗、抗辐射能力强、热稳定性好等优势,不仅广泛应用于铁电存储器、电容器件、波导管等微电子元件中,更是研究铁电场效应、磁电耦合效应、量子霍尔效应等物理效应的重要器件。但由于传统栅极本身性能的限制,场效应晶体管无法满足大幅度、非易失性调控的要求。随着对高性能铁电材料研究的深入,研究者开始尝试用具有剩余极化的铁电材料替代传统的绝缘栅极材料,构建了一种新型的场效应晶体管—铁电场效应晶体管。铁电场效应晶体管主要由铁电栅极材料和功能薄膜整合而成。一方面,铁电栅极材料本身具有剩余极化,所以通过电场诱导的铁电极化反转可实现对薄膜的载流子浓度及其相关性能的可逆、非易失性调控。另一方面,In2O3基的宽带隙氧化物半导体具有禁带宽、可见光透过率高、载流子迁移率高等优点,可以广泛应用于透明显示器、智能玻璃、发光二极管、自旋电子器件等众多微电子领域。而且In2O3基半导体的载流子浓度较低,这对于我们设计基于In2O3半导体薄膜材料的铁电场效应晶体管,实现对其载流子浓度及相关物理性能的非易失、大幅度的调控提供了可能。在本论文中,我们选取了具有优异铁电、压电性能的（1-x）Pb Mg1/3Nb2/3O3-x Pb Ti O3（PMN-PT）单晶作为衬底,在其上外延生长In2-xCrxO3薄膜,构建“In2-xCrxO3薄膜/PMN-PT铁电单晶”结构的铁电场效应晶体管,以期实现对In2-xCrxO3薄膜性能原位、非易失性调控,并深入In2-xCrxO3薄膜中与载流子浓度相关的物理性能的内在耦合机制。本论文的研究工作主要围绕以下三个方面进行:（1）采用脉冲激光沉积法在（001）取向和（111）取向的PMN-PT铁电单晶衬底上生长In2-xCrxO3薄膜,构建“In2-xCrxO3薄膜/PMN-PT铁电单晶”结构的铁电场效应晶体管。我们优化了制备工艺,并系统研究了薄膜制备工艺参数（沉积温度、沉积气压、衬底取向）和薄膜厚度对薄膜的结构、形貌、电学性能和铁电场效应的影响。研究表明;沉积温度T=600℃,沉积氧压P=25 Pa,PMN-PT（111）衬底为最优制备条件。并且因为铁电场效应是界面效应,薄膜的厚度越小,铁电场效应对薄膜电阻的调控幅度越大。（2）在（111）取向的PMN-PT衬底上生长不同Cr掺杂量的In2-xCrxO3（0≤x≤0.11）薄膜,通过对PMN-PT施加沿厚度方向的电场,研究衬底极化反转对薄膜载流子浓度、费米能级、电阻、磁电阻的影响。研究表明通过PMN-PT的极化反转诱导的极化电荷,可以调控薄膜中的电子-电子相互作用、弱局域化作用以及各种电子散射作用,最终对薄膜的电输运行为产生影响。此外,利用双能带模型和Khosla-Fischer理论模型对薄膜的低温磁阻数据进行拟合可以发现:In2-xCrxO3薄膜的正磁阻主要起源于s-d交换作用引起的能级劈裂作用,而负磁阻则归因为磁场对自旋散射的抑制作用。其中能级劈裂作用引起的正磁阻分量MR（+）对载流子浓度更敏感,因此温度和铁电场效应引起载流子浓度的变化对磁电阻大小和正负号的调控主要取决于MR（+）。（3）在In2-xCrxO3/PMT-PT铁电场效应晶体管的基础上,我们从应用的角度分析此器件的可靠性和稳定性,并结合离子液体、光照等调控手段,实现多态存储。研究表明,通过对In1.89Cr0.11O3/PMN-PT异质结施加正、负脉冲电场,In1.89Cr0.11O3的电阻变化幅度达到52277%,并且可以在稳定的低阻态（“ON”态）和高阻态（“OFF”态）之间来回切换。这种调控性能稳定、可重复性高,无论撤去极化电场超过12个小时还是经过200多次脉冲循环,In1.89Cr0.11O3薄膜的“ON”和“OFF”态都有很好的稳定性。此外,将离子液体DEME-TFSI或光照与PMN-PT铁电单晶结合,利用多种调控手段对In1.89Cr0.11O3薄膜的电阻性能进行调控,我们增大了In2-xCrxO3/PMT-PT铁电场效应晶体管的调控幅度,并分析了多种调控手段对In2-xCrxO3薄膜的调控机制。
于爽[8]（2020）在《自旋和电荷分别掺杂的稀磁半导体的制备与新奇物性研究》文中研究说明电荷与自旋掺杂的“捆绑”是传统稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductor,DMS）的固有缺陷。为了克服这一难题,本论文研制了一系列电荷与自旋掺杂机制分离的新型稀磁半导体,并在这些材料中通过引入化学压力有效的增强了铁磁关联和居里温度;揭示了材料中铁磁关联范围与自旋浓度之间的关系;在自旋玻璃态中发现了-94%以上的巨大负磁阻等新奇物性。具体内容包括:一、稀磁半导体的物理压力效应已经得到了广泛的研究,而该类材料中的化学压力效应却少有关注。我们基于本课题组之前发现的稀磁半导体材料（Sr,Na）（Cd,Mn）2As2,将其中原子半径较大的Sr2+替换为原子半径较小的Ca2+,得到了新型稀磁半导体（Ca,Na）（Cd,Mn）2As2。相比（Sr,Na）（Cd,Mn）2As2,（Ca,Na）（Cd,Mn）2As2的晶格体积收缩了6%,这表明化学压力的成功引入。同时,（Cd,Mn）As层内的键长由2.712?缩短为2.700?、键角由103.6°转变为108.9°。由此看出（Ca,Na）（Cd,Mn）2As2具有更为理想的[Mn As4]四面体构型和更短的Mn-As键长,这增大了p-d轨道杂化强度从而增强了其铁磁性相互作用。以上因素最终导致（Ca,Na）（Cd,Mn）2As2的最高居里温度比（Sr,Na）（Cd,Mn）2As2提高了50%,最大饱和磁矩提高了100%。第一性原理计算表明,通过元素替代引入的化学压力相当于对Sr Cd2As2施加了3.6GPa的外界压力,这与薄膜中晶格失配产生的应力是可以相比拟的,未来可以在薄膜中重现类似的压力调控效应。二、对于稀磁半导体而言,局域自旋间交换关联的作用范围对理解其铁磁性起源至关重要。经典的（Ga,Mn）As等材料中由于电荷与自旋“捆绑”效应,无法在单独调控电荷或自旋条件下研究铁磁交换作用的范围。因此前人的研究,没有得到交换作用距离（短程或长程）与Mn掺杂量或居里温度的对应关系。为了破解以上难题,我们研制了稀磁半导体（Ca,Na）（Zn,Mn）2Sb2,并利用该材料中电荷与自旋掺杂分离的特性,系统研究了单独调控Mn浓度（自旋浓度）对铁磁交换关联作用的影响。我们利用Arrott plot技术系统研究了居里温度附近的临界行为,从而确定了与之对应的铁磁关联范围。在固定载流子浓度的前提下,Mn掺杂量低时（小于10%）材料表现出短程铁磁关联;而当Mn掺杂量超过阈值时,铁磁关联范围逐渐向长程过渡。这是首次在稀磁半导体中观察到局域自旋浓度与铁磁交换作用距离的清晰规律,将为稀磁半导体铁磁性机制的探索提供重要线索。三、稀磁半导体的载流子浓度较低,可以很容易通过控制载流子浓度来调节其输运性质和铁磁温度,这是其优于金属材料重要特性之一。因此,输运性质的研究是稀磁半导体领域的重要研究方向,其中具有复杂形成机制的磁阻效应在基础研究和实际应用两方面都具有极其重要的意义。本文中,我们发现了一种新型的稀磁半导体材料Na（Zn,Mn）Sb。系统的磁学性能表征表明,该材料在低温下表现为自旋玻璃行为;令人惊讶的是,这种仅有短程磁有序的材料,其最大负磁阻高达-94%。结合ARPES、STM和第一性原理计算,我们发现随着Mn含量的提高,Na（Zn,Mn）Sb逐渐打开能隙。不过磁场并不改变材料的能隙宽度,因此我们认为其反常的巨大负磁阻与短程磁有序密切相关。这是在稀磁半导体中第一次观察到短程磁有序诱导的巨磁阻效应。
白守燕[9]（2020）在《IVA-VA族低维纳米材料磁性调控及输运性质的研究》文中提出d0磁是近几年人们发现的一种新型磁性,它可以通过非磁性原子掺杂在材料中诱导出磁性。随着维度和尺寸的降低,量子限域、表面和界面效应使低维材料表现出许多新奇的量子特性。低维系统中实现可控的d0磁性在自旋电子学中有着非常好的应用前景。本文基于第一性原理的密度泛函理论,在砷烯、IVA-VA族纳米带、多层石墨烯中,研究了其d0磁性的产生机理,调制机制和以此为基础自旋器件的输运性质。主要内容如下:（1）系统研究非磁性原子掺杂诱导和调控砷烯磁性的机理,发现应力对其磁性影响的特点和规律,并研究了以此为基础的自旋器件的输运性质。根据其杂质态局域化程度的不同可分为三类,（a）C,Si,Ge具有强局域化杂质态,会发生强的完全自旋极化,表现出磁性半导体的性质,（b）Be,Mg,Ca较强局域化杂质态,会发生部分自旋极化,表现出磁性半金属的性质,（c）O,S,Se弱局域化杂质态,发生轻微自旋极化,表现出弱磁性金属态。接着,我们详细研究了应力对Be,C,O掺杂体系磁性的调控,发现其磁性对应力的响应展现出杂质态轨道的依赖性,分为两类（a）Be,O掺杂,主要是邻位砷原子Px和Py轨道发生自旋极化,磁矩随应力增加先增大后减小;（b）C掺杂,主要由C杂质原子Pz轨道发生自旋极化,磁矩随应力的增加单调减小至消失。最后,我们研究了砷烯C掺杂自旋输运性质。在以铜为双电极的砷烯C掺杂纳米器件中可产生应力可控的自旋极化电流。我们还探究了在砷烯中引入石墨烯量子点来增强砷烯自旋纳米器件性能的可行性。（2）系统研究了IVA-VA族纳米带边界态的电子结构和磁学性质。我们发现由于电子,自旋和晶格作用之间的竞争,其边界表现出非常丰富的电子态和磁结构。根据边界态局域化能力的不同可以分为两种情况:对于局域化较强,晶格应力较大的系统CP和CAs纳米带,它们的边界在同边上形成铁磁态,不同边界表现为反铁磁序;对于局域化较弱,晶格较软的系统Si P和Si As纳米带,它们边界态形成反铁磁态。进一步,我们还发现Si P和Si As纳米带还会发生皮尔斯畸变,从反铁磁态转变到皮尔斯畸变态。（3）预测了IVA-VA族的新型二维材料砷化硅薄膜,并系统研究了其电子结构及其应力调控,发现其有着各向异性高迁移率的输运性质。我们预测两种半导体二维材料:砷化硅薄膜和二砷化硅薄膜。它们在动力学和热力学上都是稳定的。这两种薄膜本佂上都是间接带隙的半导体,带隙分别为2.39e V和2.13e V。它们在较大范围（-15%～15%）内的等轴应力下仍能保持结构稳定。通过在两种薄膜上加等轴应力,我们发现两种薄膜都会发生间接带隙向直接带隙的转变。砷化硅薄膜可以变成1.75e V的直接带隙半导体,而二砷化硅薄膜的直接带隙则为1.60e V。同时,我们还发现这两种薄膜表现出类黑磷的强各向异性高电子迁移率。（4）初步研究了氢吸附石墨烯上诱导d0磁,在不同堆落下多层石墨烯中的自旋阀效应。发现其出现反常自旋阀开关效应。
杨帅[10]（2019）在《磁性半导体HgCr2Se4的输运性质研究》文中提出反常霍尔效应是最基本的电子输运性质之一,经过一百多年的研究,人们逐步建立起了内禀、斜散射和边跳三种微观机制。二十一世纪初,牛谦等人的理论工作表明,反常霍尔效应的内禀机制与材料能带结构的贝里曲率有关。以往在其他材料中观察到的反常霍尔效应,都基本使用单粒子图像下的输运理论进行解释,而电子间的多体相互作用是否会对反常霍尔电导产生显着的影响还不甚清楚。磁性半导体是一类可以同时操纵电子电荷和自旋自由度的材料体系。HgCr2Se4是一种具有尖晶石晶格结构的磁性半导体,在电子浓度低至1015 cm-3的情况下仍然保持金属性,为探索反常霍尔效应和多体相互作用提供了一个独特的实验平台。HgCr2Se4在2011年还被理论预言为磁性外尔半金属,但其拓扑性质迄今未被证实。本论文选用高质量的n型HgCr2Se4单晶样品进行详细的输运性质研究,包括磁电阻效应和反常霍尔效应,主要的研究成果总结如下:1、n-HgCr2Se4的“W”型磁电阻。我们在载流子浓度跨域三个数量级(1015-1018 cm-3)的n型样品中都观察到低磁场斜率为负高磁场斜率为正的“W”型磁电阻。负磁电阻远远超出磁化强度的非饱和区,并且随着浓度的降低,逐渐扩展到更宽的磁场范围。在2 K以下温区,负磁电阻的形状几乎保持不变,而在2 K以上温区,其幅度和磁场范围随温度升高逐渐增大。此外,倾斜场的输运实验显示负磁电阻具有微弱的各向异性。这些输运特征可以排除与磁畴有关的自旋散射、弱局域效应和外尔费米子的手性反常等常见机制的贡献。我们提出局域自旋织构的自旋散射机制解释HgCr2Se4的负磁电阻效应。弱各向异性的负磁电阻,远低于理论计算值的反常霍尔电导,以及纵向电导的量子修正效应,一致说明HgCr2Se4不太可能是外尔半金属。我们的输运实验表明,HgCr2Se4的铁磁基态是一种单自旋金属性的铁磁半导体。2、电子间的多体相互作用对反常霍尔效应的量子修正已经研究了近三十年,已有的理论认为电子-电子相互作用对反常霍尔电导不会产生任何修正。我们在适度无序的n-HgCr2Se4样品中观察到纵向电阻率（电导率）、正常霍尔电阻率和反常霍尔电阻率（电导率）在超过两个量级的温度范围内（0.02-2 K）对温度的平方根表现出线性依赖性,且正常霍尔电阻率的相对修正量为纵向电阻率相对修正量的两倍,这两者可以由Altshuler等人发展的电子-电子相互作用的量子修正理论定量描述。反常霍尔电阻率（电导率）的相对修正量比纵向电阻率（电导率）相对修正量大了接近两个量级,且随着样品无序的增强表现出更为明显的修正效应。HgCr2Se4中反常霍尔效应的量子修正幅度远远大于其他传统铁磁金属或半导体中观察到的现象,如此显着的修正效应与现有理论不符。此外,我们在电子浓度跨越一个量级的样品中观察到反常霍尔电导率与弛豫时间的不寻常的标度关系。我们的实验表明,低温下n-HgCr2Se4中反常霍尔效应巨大的量子修正不可能来自弱局域效应,电子-电子相互作用的贡献值得从理论上进行深入考虑。
二、稀磁半导体异质结构的自旋极化输运性质（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、稀磁半导体异质结构的自旋极化输运性质（论文提纲范文）
（1）拓扑绝缘体薄膜的电输运性质与CoFeB/MgO多层膜的自旋轨道矩研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 三维拓扑绝缘体(3D TI) |
| 1.1.1 三维拓扑绝缘体的早期实验证据 |
| 1.1.2 弱反局域化(WAL)效应 |
| 1.1.3 拓扑绝缘体的磁性调控 |
| 1.1.4 量子反常霍尔效应(QAHE)的实验进展 |
| 1.2 垂直磁各向异性(PMA) |
| 1.2.1 研究概况 |
| 1.2.2 CoFeB/MgO界面垂直磁各向异性的来源和影响因素 |
| 1.3 自旋轨道矩(SOT) |
| 1.3.1 重金属/铁磁异质结构的自旋轨道矩 |
| 1.3.2 拓扑/铁磁异质结构的自旋轨道矩 |
| 2 样品制备和分析测试方法 |
| 2.1 样品制备 |
| 2.2 薄膜样品的图形化工艺 |
| 2.2.1 薄膜样品的光刻工艺 |
| 2.2.2 薄膜样品的刻蚀工艺 |
| 2.2.3 光刻胶的去除 |
| 2.3 薄膜样品的结构表征 |
| 2.3.1 原子力显微镜(AFM) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.3.4 X射线衍射(XRD) |
| 2.3.5 X射线反射(XRR) |
| 2.3.6 极化中子反射(PNR) |
| 2.4 薄膜样品的电输运测量 |
| 2.4.1 综合物性测量系统 |
| 2.4.2 室温反常霍尔效应与谐波霍尔电压测试 |
| 2.5 谐波霍尔电压数据处理 |
| 2.5.1 大场数据处理 |
| 2.5.2 小场数据处理 |
| 3 磁控溅射方法制备大面积拓扑绝缘体薄膜 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.3 实验结果和讨论 |
| 3.3.1 Bi_2Te_3薄膜的表征与电输运性质 |
| 3.3.2 (Bi_xSb_(1-x))_2Te_3薄膜的表征与电输运性质 |
| 3.3.3 Cr掺杂拓扑绝缘体薄膜的磁性与栅压调控 |
| 3.4 小结 |
| 4 后退火对Bi_2Te_3薄膜的结构和输运性质的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.3 实验结果和讨论 |
| 4.3.1 两种工艺制备的Bi_2Te_3薄膜的结构表征 |
| 4.3.2 两种工艺制备的Bi_2Te_3薄膜的电输运性质 |
| 4.4 小结 |
| 5 Cr掺杂拓扑绝缘体在电荷中性点附近的巨负磁电阻效应 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.3 实验结果和讨论 |
| 5.3.1 Cr掺杂拓扑绝缘体的结构表征 |
| 5.3.2 Cr掺杂拓扑绝缘体的负MR在电荷中性点处最大 |
| 5.3.3 Cr掺杂拓扑绝缘体的变温电输运性质 |
| 5.4 小结 |
| 6 Zr/CoFeB/MgO磁性薄膜的自旋轨道矩研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.3 实验结果和讨论 |
| 6.4 小结 |
| 7 W/CoFeB/Zr/MgO薄膜超高的热稳定性和自旋轨道矩研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验方法 |
| 7.3 实验结果和讨论 |
| 7.3.1 W/CoFeB/Zr/MgO薄膜的垂直磁各向异性 |
| 7.3.2 W/CoFeB/Zr/MgO薄膜的表征 |
| 7.3.3 电流诱导的有效场的表征 |
| 7.3.4 电流诱导磁化翻转的相图 |
| 7.4 小结 |
| 8 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）3d过渡金属稀磁半导体的磁性调控机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 巨磁阻效应 |
| 1.1.2 自旋阀 |
| 1.1.3 磁性隧道结 |
| 1.2 稀磁半导体的研究历史 |
| 1.2.1 第一代稀磁半导体 |
| 1.2.2 第二代稀磁半导体 |
| 1.2.3 第三代稀磁半导体 |
| 1.2.4 稀磁半导体氧化物 |
| 1.3 稀磁半导体的磁性起源机制 |
| 1.3.1 分子场理论 |
| 1.3.2 直接交换作用 |
| 1.3.3 超交换作用 |
| 1.3.4 Zener模型 |
| 1.3.5 RKKY模型 |
| 1.3.6 束缚磁化子模型 |
| 1.3.7 F色心机制 |
| 1.4 稀磁半导体氧化物的研究进展 |
| 1.4.1 稀磁半导体氧化物分类(d~0、d~x、f~0、f~x) |
| 1.4.2 d~0类ZnO稀磁半导体铁磁性研究 |
| 1.4.3 磁性元素掺杂ZnO稀磁半导体铁磁性研究 |
| 1.4.4 d~x类NiO稀磁半导体铁磁性研究 |
| 1.4.5 f~x类CeO_2稀磁半导体铁磁性研究 |
| 1.4.6 过渡金属磷化物铁磁性研究 |
| 1.5 论文研究思路与内容 |
| 1.5.1 研究思路与意义 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 制备与表征方法 |
| 2.1 实验试剂 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 样品的表征手段 |
| 2.3.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 透射电镜表征(TEM) |
| 2.3.4 球差校正透射电镜(ACTEM) |
| 2.3.5 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.3.6 光致发光(PL)谱 |
| 2.3.7 电子顺磁共振(EPR) |
| 2.3.8 磁圆二色性谱(XMCD) |
| 2.3.9 超导量子干涉仪(SQUID) |
| 第三章 单分散ZnO纳米颗粒的制备及室温铁磁性的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 ZnO纳米颗粒的形貌、结构以及成分表征 |
| 3.3.2 ZnO纳米颗粒的磁性表征 |
| 3.3.3 ZnO纳米颗粒的表面缺陷表征 |
| 3.3.4 ZnO纳米颗粒磁性与表面缺陷的关系构建 |
| 3.3.5 ZnO的磁性计算与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 Co-ZnO纳米颗粒的制备及其室温铁磁性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Zn_(1-x)Co_xO纳米颗粒的形貌、结构以及成分表征 |
| 4.3.2 Zn_(1-x)Co_xO纳米颗粒的磁性表征 |
| 4.3.3 Zn_(1-x)Co_xO纳米颗粒表面缺陷表征 |
| 4.3.4 Zn_(1-x)Co_xO纳米颗粒退火实验表征 |
| 4.3.5 Zn_(1-x)Co_xO纳米颗粒的磁性拟合 |
| 4.3.6 Zn_(1-x)Co_xO磁性计算与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 Ce-ZnO纳米片的制备及其室温铁磁性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Ce-ZnO纳米片的结构、形貌与成分表征 |
| 5.3.2 Ce-ZnO纳米片的磁性表征 |
| 5.3.3 Ce-ZnO纳米片的表面缺陷表征 |
| 5.3.4 Ce-ZnO纳米片的磁性与表面缺陷关系的构建 |
| 5.3.5 Ce-ZnO磁性计算与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 NiO纳米团簇的制备及其室温铁磁性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 NiO纳米团簇的结构、形貌与成分表征 |
| 6.3.2 NiO纳米团簇的磁性表征 |
| 6.3.3 NiO纳米团簇退火实验 |
| 6.3.4 NiO纳米团簇的磁性与表面缺陷关系的构建 |
| 6.3.5 NiO磁性计算与分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 CeO_2纳米材料的制备及其室温铁磁性研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 CeO_2纳米材料的结构、形貌与成分表征 |
| 7.3.2 CeO_2纳米材料的磁性表征 |
| 7.3.3 CeO_2纳米材料的表面电子态分析 |
| 7.3.4 CeO_2纳米材料磁性与表面电子态的关系构建 |
| 7.3.5 CeO_2磁性计算与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 单分散非化学计量比Zn_xFe_(3-x)O_4纳米颗粒的制备及其室温铁磁性研究 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验部分 |
| 8.3 结果与讨论 |
| 8.3.1 Zn_xFe_(3-x)O_4纳米颗粒的结构、形貌与成分表征 |
| 8.3.2 Zn_xFe_(3-x)O_4纳米颗粒的磁性表征 |
| 8.3.3 Zn_xFe_(3-x)O_4纳米颗粒退火实验 |
| 8.3.4 ZnFe_2O_4计算与分析 |
| 8.4 本章小结 |
| 第九章 NiCoP纳米颗粒的制备及其室温铁磁性研究 |
| 9.1 引言 |
| 9.2 样品制备 |
| 9.3 结果与讨论 |
| 9.3.1 NiCoP纳米颗粒结构、形貌与成分表征 |
| 9.3.2 NiCoP纳米颗粒磁性表征 |
| 9.3.3 NiCoP纳米颗粒表面电子态表征 |
| 9.3.4 NiCoP纳米颗粒磁性与表面缺陷关系的构建 |
| 9.3.5 NiCoP纳米颗粒退火实验 |
| 9.3.6 NiCoP计算与分析 |
| 9.4 CoN纳米棒的磁性研究 |
| 9.4.1 CoN纳米棒的制备 |
| 9.4.2 CoN纳米棒的结构形貌表征 |
| 9.4.3 CoN纳米棒的磁性表征 |
| 9.4.4 CoN纳米棒的表面电子态表征 |
| 9.5 本章小结 |
| 第十章 总结与展望 |
| 10.1 总结 |
| 10.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 1.发表学术论文 |
| 1.1 以第一作者发表 |
| 1.2 参与的学术论文 |
| 2.参与科研项目及科研获奖 |
| 2.1 参与科研项目 |
| 2.2 科研获奖 |
| 致谢 |
（3）基于新型2D材料横向异质结的光电和自旋输运性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 从摩尔定律到后摩尔时代电子学 |
| 1.2 二维材料的制备和发展 |
| 1.3 二维材料的应用 |
| 1.3.1 二维材料的特性和调控 |
| 1.3.2 二维材料在自旋电子学中的应用 |
| 1.3.3 二维材料在光电子学中的应用 |
| 1.4 本论文的研究思路与内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论计算方法 |
| 2.1 密度泛函理论 |
| 2.1.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.1.2 Kohn-Sham方程 |
| 2.1.3 交换关联泛函 |
| 2.1.4 DFT迭代求解过程 |
| 2.2 输运理论与非平衡格林函数方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅烯压/Ⅲ-Ⅴ化合物横向异质结的电子结构和输运性质 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 计算结果和讨论 |
| 3.3.1 几何构型及稳定性 |
| 3.3.2 电子结构及自旋极化来源 |
| 3.3.3 异质结的宽度效应 |
| 3.3.4 自旋输运性质 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 硼碳氮化物异质结纳米带的自旋输运性质 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.3 计算结果和讨论 |
| 4.3.1 电子结构和磁性 |
| 4.3.2 自旋输运性质 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维三元化合物NaCuX (X=S,Se, Te)的电子结构和光电性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 计算结果及讨论 |
| 5.3.1 几何结构优化和剥离能计算 |
| 5.3.2 热稳定性和动力学稳定性 |
| 5.3.3 电子结构及迁移率 |
| 5.3.4 光电性能研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 攻读博士期间参与的课题及参加的学术会议 |
| 致谢 |
| 附录: 英文论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）磁场调控光生载流子的分离及高效光催化材料（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光催化反应的基本作用原理 |
| 1.2.1 光催化反应的作用机理 |
| 1.2.2 光催化材料的主要分类 |
| 1.2.3 光催化反应的主要应用 |
| 1.3 提高光催化材料光生载流子分离效率的主要途径 |
| 1.3.1 异质结构内建电场调控光生载流子的分离 |
| 1.3.2 外场调控光催化材料光生载流子的分离 |
| 1.4 选题依据与主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 洛伦兹力调控光生载流子分离与磁场辅助光催化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验过程 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.2.3 实验样品的制备 |
| 2.2.4 材料的表征 |
| 2.2.5 实验样品的光催化性能测试 |
| 2.2.6 实验样品的光电化学测试 |
| 2.2.7 第一性原理计算 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 洛伦兹力调控二氧化钛(TiO_2)纳米带光生载流子分离 |
| 2.3.2 “内建电场-磁场”协同作用调控光生载流子分离 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 电磁感应原位微电场的构建及磁场对纳米复合结构光催化材料的载流子调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.2.3 实验样品的制备 |
| 3.2.4 材料的表征 |
| 3.2.5 实验样品的光催化性能测试 |
| 3.2.6 实验样品的甲酸脱氢催化性能测试 |
| 3.2.7 实验样品的光电化学测试 |
| 3.2.8 第一性原理计算 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 电磁感应原位微电场对半导体光生载流子分离的调控 |
| 3.3.2 电磁感应原位微电场对金属等离激元效应热电子产生与输运的调控 |
| 3.4 本章结论 |
| 参考文献 |
| 第四章 磁场调控铁磁半导体电子自旋极化增强光生载流子的分离 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验材料 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.2.3 实验样品的制备 |
| 4.2.4 材料的表征 |
| 4.2.5 不同样品的光电化学测试与分析 |
| 4.2.6 第一性原理计算 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 不同铁磁性ZnFe_2O_4(ZFO)的物相结构与形貌分析 |
| 4.3.2 在磁场作用下样品的光电催化分解水析氧反应(OER)性能讨论 |
| 4.3.3 磁场作用下ZFO样品OER性能提高的机理讨论 |
| 4.3.4 磁场作用下铁磁性ZFO电子自旋极化对光生载流子分离的影响 |
| 4.4 本章结论 |
| 参考文献 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 需要进一步研究的问题 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录及参与的科研项目 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）复杂氧化物的非线性光谱与强磁场下光谱研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 强磁场条件下材料光谱测量 |
| 1.2.1 美国/中国强磁场实验室高场材料光谱测量系统简介 |
| 1.2.2 强磁场条件下材料光谱研究进展 |
| 1.3 非线性光学简介 |
| 1.3.1 非线性光学的起源及发展 |
| 1.3.2 二阶非线性光学简介 |
| 1.3.3 SHG技术在材料中的应用 |
| 1.4 研究动机和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 二阶非线性光路的搭建 |
| 2.1 二阶非线性强度测量系统的搭建 |
| 2.1.1 实验系统总体分析 |
| 2.1.2 45°反射SHG光路的搭建 |
| 2.1.3 显微SHG光路的搭建 |
| 2.1.4 样品腔简介 |
| 2.2 LABVIEW数据采集系统 |
| 2.2.1 45°反射/显微SHG采集系统 |
| 2.2.2 mapping数据采集系统 |
| 2.3 MATLAB数据仿真系统 |
| 2.4 实验数据测量 |
| 2.4.1 基于高温加热平台数据测量 |
| 2.4.2 加电场的SHG数据测量 |
| 2.4.3 基于9T的磁场数据测量 |
| 2.4.4 显微SHG数据测量 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Ca_3(Ru_(0.91)Mn_(0.09))_2O_7在强磁场下的光谱研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 样品生长 |
| 3.2.2 强磁场下反射光谱的测量 |
| 3.2.3 强磁场下的电输运性质测量 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 CRMO随温度变化的输运性质 |
| 3.3.2 谷α的来源 |
| 3.3.3 磁场诱导的绝缘体-金属相变 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 钛酸锶基异质结中的极化整流效应和预铁电态 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 样品制备 |
| 4.2.2 疲劳过程 |
| 4.2.3 二次谐波光路介绍 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 疲劳Ti/STO异质结中极化整流效应的形成 |
| 4.3.2 疲劳Ti/STO中氧空位的确定 |
| 4.3.3 疲劳STO中的预铁电态 |
| 4.3.4 Ti/STO/Au中带结构的计算 |
| 4.3.5 疲劳钛酸锶表面氧空位的浓度估计 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 MOF的非线性光学研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 MOF材料在非线性领域的研究进展 |
| 5.2.1 MOF材料简介 |
| 5.2.2 MOF材料的非线性光学研究 |
| 5.3 实验部分 |
| 5.3.1 MOF材料的设计与制备 |
| 5.3.2 MOF材料的非线性光学研究 |
| 5.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）掺杂对In2S3光/磁特性及电子结构影响研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 自旋电子学的发展 |
| 1.2 稀磁半导体材料 |
| 1.2.1 稀磁半导体简介 |
| 1.2.2 稀磁半导体内的磁性机制 |
| 1.3 In_2S_3基纳米材料的研究概况 |
| 1.3.1 In_2S_3的晶体结构 |
| 1.3.2 In_2S_3的制备及其应用 |
| 1.4 掺杂对半导体纳米材料的调控研究 |
| 1.4.1 掺杂对材料光学性质的调控 |
| 1.4.2 掺杂对材料磁学性质的调控 |
| 1.5 论文的选题意义及主要研究内容 |
| 第二章 样品的制备及表征方法 |
| 2.1 样品制备方法 |
| 2.1.1 待反应溶液的配制 |
| 2.1.2 掺杂In_2S_3纳米颗粒的制备过程 |
| 2.1.3 In_2S_3:Tm纳米颗粒薄膜的制备 |
| 2.1.4 样品的生长机制 |
| 2.2 测试仪器 |
| 2.3 计算方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Gd掺杂In_2S_3纳米颗粒的磁学性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 In_2S_3:Gd纳米颗粒的结构表征 |
| 3.2.1 样品的XRD和 EDS分析 |
| 3.2.2 样品的高分辨和选区电子衍射分析 |
| 3.2.3 样品的XPS分析 |
| 3.3 In_2S_3:Gd纳米颗粒的紫外可见吸收光谱研究 |
| 3.4 In_2S_3:Gd纳米颗粒的光致发光性质研究 |
| 3.5 In_2S_3:Gd纳米颗粒的红外光谱研究 |
| 3.6 In_2S_3:Gd纳米颗粒的磁性研究 |
| 3.7 第一性原理计算对样品中磁性来源的研究 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 Tm掺杂对In_2S_3荧光、光电和磁学性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 In_2S_3:Tm纳米颗粒的结构表征 |
| 4.2.1 样品的XRD分析 |
| 4.2.2 样品的高分辨和选区电子衍射分析 |
| 4.2.3 样品的XPS分析 |
| 4.3 In_2S_3:Tm纳米颗粒的紫外可见漫反射光谱研究 |
| 4.4 In_2S_3:Tm纳米颗粒的发光性能 |
| 4.4.1 In_2S_3:Tm纳米颗粒的光致发光性质研究 |
| 4.4.2 In_2S_3:Tm纳米颗粒的荧光衰减和能量转移效率分析 |
| 4.5 In_2S_3:Tm样品的光电性能分析 |
| 4.6 In_2S_3:Tm样品的磁性研究 |
| 4.7 第一性原理计算对In_2S_3:Tm样品的电子结构分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 In_2S_3:Sm室温铁磁性起源的实验和理论分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 In_2S_3:Sm纳米颗粒的结构表征 |
| 5.2.1 样品的XRD和 EDS分析 |
| 5.2.2 样品的形貌和微观结构分析 |
| 5.2.3 样品的XPS分析 |
| 5.3 In_2S_3:Sm纳米颗粒的紫外可见漫反射光谱研究 |
| 5.4 In_2S_3:Sm纳米颗粒的光致发光性质研究 |
| 5.5 In_2S_3:Sm纳米颗粒的磁性研究 |
| 5.6 第一性原理计算分析样品中的磁性来源 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 缺陷诱导的Cu掺杂In_2S_3纳米颗粒的铁磁性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 In_2S_3:Cu纳米颗粒的结构表征 |
| 6.2.1 样品的XRD分析 |
| 6.2.2 样品的高分辨和选区电子衍射分析 |
| 6.2.3 样品的XPS分析 |
| 6.3 In_2S_3:Cu纳米颗粒的紫外可见吸收光谱研究 |
| 6.4 In_2S_3:Cu纳米颗粒的光致发光性质研究 |
| 6.5 In_2S_3:Cu纳米颗粒的磁性研究 |
| 6.6 第一性原理计算分析样品中的磁性来源 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 结论、创新点与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间论文成果 |
| 致谢 |
（7）In2-xCrxO3薄膜/PMN-PT单晶异质结构的铁电场效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 铁电场效应晶体管简介 |
| 1.2.1 铁电场效应晶体管的特点及发展历程 |
| 1.2.2 铁电栅极材料简介 |
| 1.2.3 铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电材料简介 |
| 1.2.4 铁电栅极材料对沟道材料性能的调控 |
| 1.3 氧化铟宽禁带半导体 |
| 1.3.1 In_2O_3的晶体结构 |
| 1.3.2 In_2O_3的能带结构 |
| 1.3.3 In_2O_3的磁性和磁电阻效应 |
| 1.4 离子液体调控的特征及机理 |
| 1.5 本论文概要 |
| 1.5.1 本论文的研究意义 |
| 1.5.2 本论文的研究内容 |
| 第二章 样品的制备与表征 |
| 2.1 样品的制备 |
| 2.1.1 脉冲激光沉积技术 |
| 2.1.2 小型离子溅射仪 |
| 2.2 样品的微结构和成分表征 |
| 2.2.1 X射线衍射 |
| 2.2.2 原子力显微镜和压电力显微镜 |
| 2.2.3 扫描电子显微镜 |
| 2.2.4 透射电子显微镜 |
| 2.2.5 X射线光电子能谱 |
| 2.3 样品的物理性能表征 |
| 2.3.1 宏观铁电性和压电性分析 |
| 2.3.2 综合物性测量系统 |
| 2.4 本章总结 |
| 第三章 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT铁电场效应晶体管的制备和性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PMN-PT铁电单晶衬底的铁电和压电性能 |
| 3.3 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结的制备方法 |
| 3.3.1 In_(2-x)Cr_xO_3 靶材的制备 |
| 3.3.2 In_(2-x)Cr_xO_3 薄膜的制备 |
| 3.4 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结的制备工艺及其对铁电场效应的影响 |
| 3.4.1 沉积温度对In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应的影响 |
| 3.4.2 沉积气压对In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应的影响 |
| 3.4.3 衬底取向对In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应的影响 |
| 3.4.4 薄膜厚度对In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 铁电场效应对In_(2-x)Cr_xO_3薄膜电输运性能的调控 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同Cr含量的In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结的制备及基本表征 |
| 4.2.1 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT样品的制备 |
| 4.2.2 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结的形貌和结构表征 |
| 4.3 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应对费米能级的调控 |
| 4.4 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应对低温电输运的调控 |
| 4.5 In_(2-x)Cr_xO_3/PMN-PT异质结中铁电场效应对磁电阻的调控 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 In_(2-x)Cr_xO_3/PMT-PT异质结的器件稳定性及多态存储的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 In_(2-x)Cr_xO_3/PMT-PT铁电场效应晶体管的器件稳定性研究 |
| 5.3 离子液体和铁电单晶对In_(2-x)Cr_xO_3薄膜电阻的双调控作用 |
| 5.4 光照和铁电单晶对In_(2-x)Cr_xO_3薄膜电阻的双调控作用 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 展望与建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 攻读博士期间发表的论文和研究成果 |
（8）自旋和电荷分别掺杂的稀磁半导体的制备与新奇物性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 磁性半导体的发展历程 |
| 1.2.1 浓缩磁性半导体 |
| 1.2.2 Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体 |
| 1.2.3 Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体 |
| 1.2.4 Ⅳ-Ⅵ族稀磁半导体 |
| 1.2.5 Ⅳ族稀磁半导体 |
| 1.2.6 氧化物稀磁半导体 |
| 1.2.7 自旋与电荷分离的稀磁半导体 |
| 1.3 磁性起源的理论发展 |
| 1.3.1 RKKY基本理论 |
| 1.3.2 基于平均场的Zener理论模型 |
| 1.3.3 针对氧化物型DMS的束缚磁极子模型 |
| 1.3.4 双交换作用机制 |
| 1.4 稀磁半导体目前的应用 |
| 1.5 本论文出发点和研究内容 |
| 第2章 实验仪器与方法 |
| 2.1 样品的制备 |
| 2.1.1 固相反应法生长多晶 |
| 2.1.2 熔融法生长单晶 |
| 2.1.3 溶液法生长单晶 |
| 2.2 晶体形貌、结构、成分表征 |
| 2.2.1 X射线衍射 |
| 2.2.2 扫描电子显微镜 |
| 2.3 物性表征设备与方法 |
| 2.3.1 综合物性测量系统(PPMS) |
| 2.3.2 磁性测量系统(SQUID-VSM) |
| 2.3.3 角分辨光电子能谱(ARPES) |
| 2.3.4 扫描隧道显微镜(STM) |
| 2.3.5 电子顺磁共振(ESR) |
| 第3章 (Ca,Na)(Cd,Mn)_2As_2化学压力效应研究 |
| 3.1 研究动机 |
| 3.2 样品制备 |
| 3.3 晶体结构研究 |
| 3.4 磁学性质研究 |
| 3.5 电输运性质研究 |
| 3.6 第一性原理计算 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 (Ca,Na)(Zn,Mn)_2Sb_2铁磁交换作用的研究 |
| 4.1 研究动机 |
| 4.2 样品制备 |
| 4.3 晶体结构研究 |
| 4.4 基本磁学性质研究 |
| 4.5 电学性质研究 |
| 4.6 临界行为研究 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 “111”型Na(Zn,Mn)Sb的制备与物性研究 |
| 5.1 研究动机 |
| 5.2 样品制备 |
| 5.3 晶体结构研究 |
| 5.4 磁学性质研究 |
| 5.5 电学性质研究 |
| 5.6 巨磁阻效应研究 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 (Ba,K)(Zn,Mn)_2Sb_2的制备与物性研究 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 样品制备 |
| 6.3 物性研究 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历及发表文章目录 |
（9）IVA-VA族低维纳米材料磁性调控及输运性质的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 二维材料的发展简介 |
| 1.1.1 IVA族二维材料 |
| 1.1.2 VA族二维材料 |
| 1.1.3 IVA-VA族二维材料 |
| 1.2 自旋电子学简介 |
| 1.2.1 巨磁电阻效应和自旋阀 |
| 1.2.2 磁性半金属与自旋极化电流 |
| 1.3 d~0磁性材料简介 |
| 1.3.1 Stoner磁化判据和d~0磁 |
| 1.3.2 各类d~0磁性材料简介 |
| 1.3.3 草帽带二维材料与凡霍夫奇点 |
| 1.4 本文主要的研究内容 |
| 2 理论方法 |
| 2.1 绝热近似 |
| 2.2 单电子近似 |
| 2.2.1 Hartree近似 |
| 2.2.2 Hartree-Fock近似 |
| 2.2.3 Koopmans定理 |
| 2.3 密度泛函理论 |
| 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.3.2 Kohn-Sham方程 |
| 2.3.3 密度泛函理论中轨道能级 |
| 2.3.4 交换关联泛函 |
| 2.3.5 求解Kohn-Sham方程 |
| 2.4 赝势方法 |
| 2.4.1 赝势的推导 |
| 2.4.2 模守恒赝势 |
| 2.4.3 超软赝势 |
| 2.4.4 投影缀加波(PAW)方法 |
| 2.5 密度泛函结理论的不足与扩展 |
| 2.6 基于第一性原理的相关计算软件简介 |
| 3 砷烯d~0磁性调控及其自旋输运性质的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法和细节 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 几何结构特征 |
| 3.3.2 砷烯掺杂体系的电子性质 |
| 3.3.3 应力对砷烯掺杂体系磁性的调控 |
| 3.3.4 砷烯碳掺杂自旋纳米器件与自旋输运 |
| 3.4 结论 |
| 4 IVA-VA族化合物纳米带铁磁,反铁磁和皮尔斯畸变边界态的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法和细节 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 几何结构 |
| 4.3.2 IVA-VA族纳米带边界态的磁性和自旋极化电子结构 |
| 4.3.3 磁与晶格作用的竞争与皮尔斯相变 |
| 4.4 结论 |
| 5 砷化硅(SiAs)和二砷化硅(SiAs+2)薄膜电子性质的调控及输运性质的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法和细节 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.3.1 几何结构特征 |
| 5.3.2 稳定性讨论 |
| 5.3.3 电子结构与电子输运性质 |
| 5.3.4 应力对电子性质的调控 |
| 5.4 结论 |
| 6 氢吸附石墨烯d~0磁多层石墨烯自旋阀 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 计算方法和细节 |
| 6.3 结果和讨论 |
| 6.3.1 不同堆叠三层石墨烯氢吸附自旋阀的构型 |
| 6.3.2 不同堆叠三层石墨烯氢吸附自旋阀的能带结构 |
| 6.3.3 石墨烯氢吸附自旋阀的各种构型下的其能带结构对自旋近邻耦合作用的响应 |
| 6.4 结论 |
| 7 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）磁性半导体HgCr2Se4的输运性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 磁性半导体概述 |
| 1.1.1 浓磁半导体 |
| 1.1.2 稀磁半导体 |
| 1.1.3 二维磁性半导体 |
| 1.2 HgCr_2Se_4的研究进展 |
| 1.2.1 HgCr_2Se_4的晶格结构 |
| 1.2.2 HgCr_2Se_4的能带结构 |
| 1.2.3 HgCr_2Se_4的磁性 |
| 1.2.4 HgCr_2Se_4的研究进展 |
| 1.3 反常霍尔效应 |
| 1.3.1 反常霍尔效应的物理机制 |
| 1.3.2 反常霍尔效应的标度理论 |
| 1.3.3 量子反常霍尔效应 |
| 1.4 本论文的研究动机和内容 |
| 第2章 实验技术和方法 |
| 2.1 低温实验技术 |
| 2.1.1 ~4He制冷机 |
| 2.1.2 ~3He制冷机 |
| 2.1.3 稀释制冷机 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1 样品生长 |
| 2.2.2 器件制备 |
| 2.2.3 数据处理 |
| 第3章 HgCr_2Se_4的负磁电阻效应 |
| 3.1 负磁电阻的常见机制 |
| 3.1.1 自旋散射机制 |
| 3.1.2 弱局域效应 |
| 3.1.3 手性反常 |
| 3.2 HgCr_2Se_4的负磁电阻效应 |
| 3.2.1 基本输运性质 |
| 3.2.2 磁化性质 |
| 3.2.3 负磁电阻效应 |
| 3.3 HgCr_2Se_4的负磁电阻机制 |
| 3.4 HgCr_2Se_4铁磁基态的物理本质 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 反常霍尔效应的量子修正 |
| 4.1 研究背景与动机 |
| 4.1.1 电子输运性质的量子修正 |
| 4.1.2 反常霍尔效应量子修正的研究进展 |
| 4.2 HgCr_2Se_4的量子修正效应 |
| 4.2.1 纵向电导的量子修正 |
| 4.2.2 正常霍尔效应的量子修正 |
| 4.2.3 反常霍尔效应的量子修正 |
| 4.2.4 HgCr_2Se_4反常霍尔效应的微观机制 |
| 4.3 反常霍尔效应量子修正的机制讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历及发表文章目录 |
| 致谢 |
四、稀磁半导体异质结构的自旋极化输运性质（论文参考文献）
- [1]拓扑绝缘体薄膜的电输运性质与CoFeB/MgO多层膜的自旋轨道矩研究[D]. 郭奇勋. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]3d过渡金属稀磁半导体的磁性调控机制研究[D]. 孙勇. 西北大学, 2021(12)
- [3]基于新型2D材料横向异质结的光电和自旋输运性质研究[D]. 李鹤鸣. 山东大学, 2021
- [4]磁场调控光生载流子的分离及高效光催化材料[D]. 高文强. 山东大学, 2021(11)
- [5]复杂氧化物的非线性光谱与强磁场下光谱研究[D]. 许学莉. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]掺杂对In2S3光/磁特性及电子结构影响研究[D]. 刘燚. 吉林大学, 2020(08)
- [7]In2-xCrxO3薄膜/PMN-PT单晶异质结构的铁电场效应研究[D]. 徐萌. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2020(03)
- [8]自旋和电荷分别掺杂的稀磁半导体的制备与新奇物性研究[D]. 于爽. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2020(01)
- [9]IVA-VA族低维纳米材料磁性调控及输运性质的研究[D]. 白守燕. 郑州大学, 2020(02)
- [10]磁性半导体HgCr2Se4的输运性质研究[D]. 杨帅. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2019(01)