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ISSN 1000-6818CN 11-1892/O6CODEN WHXUEU
物理化学学报 >> 0,Vol.>> Issue()>> 0-0     doi: 10.3866/PKU.WHXB201709043         English Abstract
点缺陷引起中子辐照MgO(110)单晶的铁磁性
曹梦雄1, 王兴宇1, 马亚茹1, 马春林1, 周卫平1, 王晓雄1, 王海欧2, 谭伟石1,3
1 南京理工大学理学院应用物理系, 软化学与功能材料教育部重点实验室, 南京 210094;
2 杭州电子科技大学材料物理研究所, 杭州 310018;
3 湖南城市学院信息与电子工程学院, 湖南 益阳 413002
Full text: PDF (1007KB) 输出: BibTeX | EndNote (RIS)

对MgO(110)单晶进行中子辐照,辐照剂量从1.0×1016到1.0×1020 cm-2。基于黄昆漫散射理论,我们计算了MgO晶体中的立方缺陷和偶极力缺陷引起的X射线漫散射强度分布图。通过X射线漫散射及紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱实验表征了晶体的点缺陷组态,并利用超导量子干涉仪(SQUID)测量了样品的磁性。ω–2θ和摇摆曲线说明MgO单晶经中子辐照后产生了晶格畸变,晶体中存在一定浓度的点缺陷。倒易空间图(RSM)显示中子辐照的MgO单晶存在漫散射现象。与计算得到的漫散射分布图对比分析可知,中子辐照的MgO(110)单晶中产生了弗仑克尔缺陷。UV-Vis吸收光谱表明所有辐照晶体中存在阴离子单空位缺陷。辐照剂量较高(1.0×1019和1.0×1020 cm-2)的样品中存在O空位的聚集。磁性测量显示中子辐照后的MgO(110)单晶在室温下依然是抗磁性,但在低温下具有铁磁性,最大饱和磁化强度达到0.058 emu·g-1。通过中子辐照的方法,可以使MgO(110)单晶产生点缺陷引起的低温铁磁性。利用F色心交换机制可以解释中子辐照MgO晶体中的O空位缺陷与铁磁性之间的关系。



关键词: MgO单晶   中子辐照   点缺陷   d0铁磁性   RSM   色心  
收稿日期 2017-08-18 修回日期 2017-08-31 网出版日期 2017-09-04
通讯作者: 周卫平, 谭伟石 Email: wpzhou@njust.edu.cn;tanweishi@njust.edu.cn

基金资助: 国家自然科学基金(U1332106,11604147,11604067)和江苏省普通高校研究生科研创新项目(CXLX13_179)资助

引用文本: 曹梦雄, 王兴宇, 马亚茹, 马春林, 周卫平, 王晓雄, 王海欧, 谭伟石. 点缺陷引起中子辐照MgO(110)单晶的铁磁性[J]. 物理化学学报, 0,(): 0-0.
CAO Mengxiong, WANG Xingyu, MA Yaru, MA Chunlin, ZHOU Weiping, WANG Xiaoxiong, WANG Haiou, TAN Weishi. Point Defects Induced Ferromagnetism in Neutron Irradiated MgO (110) Single Crystals[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 0, (): 0-0.    doi: 10.3866/PKU.WHXB201709043

(1) Venkatesan, M.; Fitzgerald, C. B.; Coey, J. M. D. Nature 2004, 430, 630. doi: 10.1038/430630a
(2) Wang, S.; Pan, L.; Song, J.; Mi, W.; Zou, J.; Wang, L.; Zhang, X. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2975. doi: 10.1021/ja512047k
(3) Patel, S. K. S.; Dewangan, K.; Srivastav, S. K.; Gajbhiye, N. S. Curr. Appl. Phys. 2014, 14, 905. doi: 10.1016/j.cap.2014.04.007
(4) Phokha, S.; Swatsitang, E.; Maensiri, S. Electron. Mater. Lett. 2015, 11, 1012. doi: 10.1007/s13391-015-4164-4
(5) Yang, G.; Gao, D.; Zhang, J.; Zhang, J.; Shi, Z.; Xue, D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 16814. doi: 10.1021/jp2039338
(6) Bhaumik, S.; Sinha, A. K.; Ray, S. K.; Das, A. K. IEEE Trans. Magn. 2014, 50, 2400206. doi: 10.1109/TMAG.2013.2292575
(7) Das, A. K.; Srinivasan, A. J. Magn. Magn. Mater. 2016, 404, 190. doi: 10.1016/j.jmmm.2015.12.032
(8) Coey, J. M. D. Solid State Sci. 2005, 7, 660. doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2004.11.012
(9) Seike, M.; Sato, K.; Katayama-Yoshida, H. Jpn. J. Appl. Phys. 2011, 50, 090204. doi: 10.1143/jjap.50.090204
(10) Hu, J.; Zhang, Z.; Zhao, M.; Qin, H.; Jiang, M. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 192503. doi: 10.1063/1.3021085
(11) Khamkongkaeo, A.; Mothaneeyachart, N.; Sriwattana, P.; Boonchuduang, T.; Phetrattanarangsi, T.; Thongchai, C.; Sakkomolsri, B.; Pimsawat, A.; Daengsakul, S.; Phumying, S.; Chanlek, N.; Kidkhunthod, P.; Lohwongwatana, B. J. Alloy. Compd. 2017, 705, 668. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.02.170
(12) Li, J.; Jiang, Y.; Bai, G.; Ma, T.; Yang, D.; Du, Y.; Yan, M. Appl. Phys. A 2014, 115, 997. doi: 10.1007/s00339-013-7922-x
(13) Singh, J. P.; Chen, C. L.; Dong, C. L.; Prakash, J.; Kabiraj, D.; Kanjilal, D.; Pong, W. F.; Asokan, K.; Superlattices Microstruct. 2015, 77, 313. doi: 10.1016/j.spmi.2014.10.035
(14) Kuang, F.; Kang, S.; Kuang, X.; Chen, Q.; RSC Adv. 2014, 4, 51366. doi: 10.1039/C4RA06340F
(15) Uchino, T.; Yoko, T. Phys. Rev. B 2013, 87, 144414. doi: 10.1103/PhysRevB.87.144414
(16) Merabet, B.; Kacimi, S.; Mir, A.; Azzouz, M.; Zaoui, A. Mod. Phys. Lett. B 2015, 29, 1550147. doi: 10.1142/S021798491550147X
(17) Glinchuk, M. D.; Eliseev, E. A.; Khist, V. V.; Morozovska, A. N. Thin Solid Films 2013, 534, 685. doi: 10.1016/j.tsf.2013.02.135
(18) Zhang, Y.; Feng, M.; Shao, B.; Lu, Y.; Liu, H.; Zuo, X. J. Appl. Phys. 2014, 115, 17A926. doi: 10.1063/1.4867228
(19) Kumar, A.; Kumar, J.; Priya, S. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 192404. doi: 10.1063/1.4712058
(20) Maoz, B. M.; Tirosh, E.; Sadan, M. B.; Markovich, G. Phys. Rev. B 2011, 83, 161201. doi: 10.1103/PhysRevB.83.161201
(21) Mishra, D.; Mandal, B. P.; Mukherjee, R.; Naik, R.; Lawes, G.; Nadgorny, B. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 182204. doi: 10.1063/1.4804425
(22) Phokha, S.; Klinkaewnarong, J.; Hunpratub, S.; Boonserm, K.; Swatsitang, E.; Maensiri, S. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2016, 27, 33. doi: 10.1007/s10854-015-3713-9
(23) Flocken, J. W.; Hardy, J. R. Phys. Rev. B 1970, 1, 2472. doi: 10.1103/PhysRevB.1.2472
(24) Bachiller-Pere, D.; Debelle, A.; Thomé, L.; Crocombette, J. J. Mater. Sci. 2016, 51, 1456. doi: 10.1007/s10853-015-9465-3
(25) Pillukat, A.; Karsten, K.; Ehrhart, P. Phys. Rev. B 1996, 53, 7823. doi: 10.1103/PhysRevB.53.7823
(26) Karsten, K.; Ehrhart, P. Phys. Rev. B 1995, 51, 508. doi: 10.1103/PhysRevB.51.10508
(27) Ruan, Y.; Ma, P.; Liu, J.; Li, W.; Liu, C. J. Rare Earths 2006, 24, 56.
(28) Monge, M. A.; Popov, A. I.; Ballesteros, C.; González, R.; Chen, Y.; Kotomin, E. A. Phys. Rev. B 2000, 62, 9299. doi: 10.1103/PhysRevB.62.9299
(29) Gao, F.; Hu, J.; Yang, C.; Zheng, Y.; Qin, H.; Sun, L.; Kong, X.; Jiang, M. Solid State Commun. 2009, 149, 855. doi: 10.1016/j.ssc.2009.03.010
(30) Osorio-Guillén, J.; Lany, S.; Barabash, S. V.; Zunger, A. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 107203. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.107203
(31) Prucnal, A.; Shalimov, A.; Ozerov, M.; Potzger, K.; Skorupa, W. J. Cryst. Growth 2012, 339, 70. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2011.11.067
(32) Yang, G.; Gao, D.; Shi, Z.; Zhang, Z.; Zhang, J.; Zhang, J.; Xue, D. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21989. doi: 10.1021/jp106818p
(33) Gao, D.; Li, J. Li, Z.; Zhang, Z.; Zhang, J.; Shi, H.; Xue, D. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11703. doi: 10.1021/jp911957j
(34) Coey, J. M. D.; Venkatesan, M.; Fitzgerald, C. B. Nature Mater. 2005, 4, 173. doi: 10.1038/nmat1310
(35) Singhal, R. K.; Kumari, P.; Samariya, A.; Kumar, S.; Sharma, S. C.; Xing, Y. T.; Saitovitch, E. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 172503. doi: 10.1063/1.3507290
(36) Singhal, R. K.; Kumar, S.; Kumari, P.; Xing, Y. T.; Saitovitch, E. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 092510. doi: 10.1063/1.3562328
(37) Shah, L. R. Ali, B.; Zhu, H.; Wang, W. G.; Song, Y. Q.; Zhang, H. W.; Shah, S. I.; Xiao, J. Q. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 486004. doi: 10.1088/0953-8984/21/48/486004

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