氮掺杂氧化锡纳米线的制备及d0铁磁性起源机理研究

N掺杂SnO2作为一种新型的自旋电子学材料，已成为获得室温铁磁性新途径。针对该材料d0铁磁性形成机制，开展系统地理论和实验研究，推进稀磁半导体应用研究，将为制备非磁性掺杂的半导体自旋电子器件提供新思路。因此，本项目拟采用化学气相沉积法制备氮掺杂，通过优化其制备工艺，确立其获得具有室温以上的铁磁性材料的工艺参数。结合氮N掺杂和退火处理，有效调控纳米线中不同类型缺陷的浓度和分布，分析不同类型缺陷的浓度和分布与磁特性的关系，归纳诱导铁磁性的主导因素；进一步开展基于第一性原理计算，获得N掺杂浓度、缺陷类型和浓度等因素对电子结构和磁性质的作用规律。综合上述理论分析与实验结果，揭示出SnO2纳米线材料磁性起源的物理机制，获得调控d0铁磁性的有效方法，指导高质量样品的制备。项目完成后，将为该材料在自旋电子学、量子计算机、自旋光电子学等领域的应用奠定坚实的理论和技术基础。

N掺杂SnO2作为一种新型的自旋电子学材料，已成为获得室温铁磁性新途径。针对该材料d0铁磁性形成机制，开展系统地理论和实验研究，推进稀磁半导体应用研究，将为制备非磁性掺杂的半导体自旋电子器件提供新思路。本项目以纯SnO2纳米线作为前驱物，采用NH3退火处理的方法成功制备了高产量且具有室温铁磁性的N掺杂SnO2纳米线材料。系统研究退火温度、NH3流量、退火时间等工艺参数对产物形貌、掺杂量和磁性的影响，探讨制备工艺-掺杂量-磁性三者之间的关系。得出N掺杂浓度对磁性有直接的影响，可通过调控退火温度和NH3流量这两个工艺参数有效的控制N掺杂浓度。通过样品表面的剥离处理实验分析，结合第一性原理计算，探讨了d0铁磁性的物理机制。即掺杂N 的p轨道的自旋分裂诱导了局域磁矩，而样品的宏观铁磁性是由N原子之间的p-p轨道耦合所致，与氧空位无关。项目执行期间已发表SCI论文1篇，标注自然科学基金项目资助。在基金的支持下协助培养在读硕士研究生4名。