本发明专利技术公开一种掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜及其磁学特性的调控方法，所述半导体薄膜为单相体心正交结构，由掺杂有钴的铅钯氧纳米颗粒组成；该半导体薄膜的厚度在320nm以下，且在300K及以下温度时，具有与自旋零禁带能带结构相关的铁磁性和/或常规的铁磁性。所述调控方法是通过调节薄膜厚度的方式，使得掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性或/和常规的室温铁磁性。有益的技术效果：本发明专利技术首次提出用控制薄膜厚度的方式，用同一配方工艺在掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜中获得具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性或/和常规的室温铁磁性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁性半导体材料
，涉及到一种半导体薄膜磁学特性的调控方法，尤其是通过控制薄膜厚度的方式在掺杂有钴的铅钯氧(Co掺杂PbPdO2)半导体薄膜中获得与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性的方法，具体为。
技术介绍
自旋电子学是一项在传统半导体中引入电子自旋的新兴技术，具有新颖性能的功能材料(如半金属和稀磁半导体)在自旋电子学中占据重要地位。半金属具有高自旋极化率，但其自旋弛豫长度较短;稀磁半导体的自旋弛豫时间虽长，但其自旋极化率较低。近年研究发现，作为继半金属和稀磁半导体之后的一种新型自旋电子材料，自旋零禁带半导体理论上兼具高自旋极化率与大自旋扩散长度，实验上具有奇特磁性，引起了人们广泛关注。在自旋电子学理论上，研究人员认为Co掺杂PbPdO2半导体具有自旋零禁带能带结构是可行的，但在大晶粒尺寸的Co掺杂PbPdO2半导体薄膜和块材的实验研究中，始终均未制备出含有与自旋零禁带能带结构相关的磁学特性的上述薄膜或块材 最近5年，国内外研究人员还研究了Mn、Cu、Zn等元素掺杂的大晶粒PbPd02半导体薄膜或块材，在实验上也没有获得与自旋零禁带能带结构相关的磁学特性。仅在没有掺杂的PbPdO2块材和薄膜中，分别获得了常规室温铁磁性和与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性，但Co掺杂PbPdO2与没有掺杂的PbPdO2是两种不同物质，具有不同的能带结构。因此，技术人员无法从掺杂Mn、Cu、Zn等元素的大晶粒PbPdO2半导体薄膜或块材以及没有掺杂的PbPdO2块材和薄膜中获取如何在Co掺杂PbPdO2薄膜中获得与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性并对磁学特性进行调控的有意义的技术启发。在掺杂19at.%钴的铅钯氧半导体纳米颗粒膜中，研究人员曾获得了与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性，但没有获得常规的室温铁磁性，从该研究中无法获知决定与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性的根源是什么，也无从得知如何能够在掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜中实现常规的室温铁磁性和与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性之间的可控转变。此外，因为钴的掺杂量和薄膜的微结构均会改变铅钯氧半导体的能带结构，目前为止尚未见文献公开报道在具有不同微结构或其它钴掺杂量的铅钯氧半导体薄膜中获得与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性以及可控调节此类半导体磁学特性的方法。所述与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性是指当材料在磁场中磁化，其磁化强度与外加磁场呈现S形磁滞回线关系，磁化强度随磁场增加先增大，当外加磁场强度增大到临界值时，磁化强度突然减小，然后趋于饱和。磁化强度随着温度的升高而增大。所述常规的室温铁磁性是指当材料在磁场中磁化，其磁化强度与外加磁场呈现S形磁滞回线关系，磁化强度随磁场增加先增大，然后趋于饱和。磁化强度随着温度的升高而减小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对自旋零禁带半导体的技术现状，提供一种在掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜中调控磁学特性的方法，尤其是控制薄膜的磁学特性由常规的室温铁磁性向与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性转变的方法。—种掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜，半导体薄膜为单相体心正交结构，由掺杂有钴(Co )的铅钯氧半导体(PbPdO2)纳米颗粒组成。其中，钴(Co )的原子比为15.0?17.0 at%2间。该半导体薄膜的厚度在320nm以下，且在300K及以下温度时，具有与自旋零禁带能带结构相关的铁磁性和/或常规的铁磁性。进一步说，构成半导体薄膜的掺杂有钴的铅钯氧半导体的颗粒尺寸在40_70nm之间，掺杂有钴的铅钯氧半导体的化学式为(PbPd1-XCoxO2)，其中的X取15.0-17.0at%。进一步说，半导体薄膜的厚度不大于320nm时，该半导体薄膜具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性和/或常规的室温铁磁性。更进一步说，半导体薄膜的厚度在50nm至160nm之间时，该半导体薄膜具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性和常规的室温铁磁性。更进一步说，半导体薄膜的厚度不大于50nm时，该半导体薄膜仅具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性。对本专利技术所述的一种掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜的磁学特性调制方法，按如下步骤进行:步骤a:称取0.0008-0.0040mol 的硝酸钴，0.0085-0.0425mol 的硝酸铅，及0.0027-0.0135mol的硝酸钯。步骤b:取乙二醇、乙二醇甲醚、去离子水配制成50ml的混合溶剂。该混合溶剂中的乙二醇、乙二醇甲醚、去离子水的体积比为4:8:1。将步骤a称取的硝酸钴和硝酸铅投入混合溶剂中，获得含有硝酸钴和硝酸铅的溶液。将步骤a称取的硝酸钯投入硝酸中，获得含有硝酸钯的硝酸溶液。所述硝酸的浓度为68%，用量为5ml。将含有硝酸钴和硝酸铅的溶液与含有硝酸钯的硝酸溶液混合，获得二次混合的溶液。所述二次混合的溶液内的铅离子浓度在0.06 mo I/L-0.30mol/L之间的混合溶液。步骤C:取0.018?0.078mol的柠檬酸加入所述步骤b所得的二次混合的溶液中，并置于338K的环境中搅拌6小时。随后，加入0.5mL的N，N_二甲基甲酰胺，并搅拌I小时，得到溶胶，该溶胶为络合的状态。步骤d:采用旋涂匀胶工艺，将由步骤c获得的溶胶涂覆在蓝宝石单晶基板上，进行4次以上的旋涂预烧，获得表面附着有多层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板。所述多层预烧薄膜的总厚度不大于320nm。多层预烧薄膜的层数与在蓝宝石单晶基板上进行的旋涂预烧的次数相同。步骤e:将表面附着有多层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板置于热处理炉中，在空气气氛中，以5K/分钟的升温速率将温度升至923K，并保温30分钟。随后随炉冷却至室温，得到具有与自旋零禁带能带结构相关的室温铁磁性和/或常规的室温铁磁性的掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜。进一步说，所述柠檬酸的摩尔数为步骤a中铅元素的摩尔数、钯元素的摩尔数、钴元素的摩尔数之和的1.6倍。进一步说，步骤d制得多层预烧薄膜的多次旋涂预烧工艺的具体步骤如下:在蓝宝石单晶基板上进行4-15次的旋涂预烧。旋涂预烧的方法为: 步骤d.1将由步骤c获得的溶胶，在蓝宝石单晶基板上进行第I次旋涂。随后，将经过旋涂的蓝宝石单晶基板放入烘箱中，在空气气氛中以333K干燥5分钟，在蓝宝石单晶基板上形成第I层前驱体薄膜。之后，将附着有第一层前驱体薄膜的蓝宝石单晶基板放入热处理炉中，在空气气氛中以5K/分钟的升温速度升至673K保温5分钟，将第I层前驱体薄膜转化为预烧薄膜，从而获得附着有I层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板。步骤d.2将由步骤c获得的溶胶，在由步骤d.1获得的附着有I层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板上进行第2次旋涂。随后，将经过旋涂的附着有I层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板放入烘箱中，在空气气氛中以333K干燥5分钟，在蓝宝石单晶基板上形成第2层前驱体薄膜。之后，将附着有第2层前驱体薄膜的蓝宝石单晶基板放入热处理炉中，在空气气氛中以5K/分钟的升温速度升至673K保温5分钟，将第2层前驱体薄膜转化为预烧薄膜，从而获得附着有2层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板。步骤d.3按步骤d.2的方法重复2到13次，获得表面附着有多层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板。该表面附着有多层预烧薄膜的蓝宝石单晶基板包含有4?15层的预烧薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂有钴的铅钯氧半导体薄膜，其特征在于：半导体薄膜为单相体心正交结构，由掺杂有钴的铅钯氧纳米颗粒组成；该半导体薄膜的厚度在320nm以下，且在300K及以下温度时，具有与自旋零禁带能带结构相关的铁磁性和/或常规的铁磁性。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苏海林，宋婷婷，刘俊，梅超，吴玉程，黄荣俊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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