稀磁半导体Cr掺杂CdS纳米结构及磁性能研究
收稿日期: 2024-02-22
网络出版日期: 2025-03-21
基金资助
国家自然科学基金项目(11864032);贵州省基础研究计划项目（自然科学类）(［2020］1Y208);庆移通学院高等教育教学改革研究项目(22JG322)
Study on diluted magnetic semiconductor Cr-doped CdS nanostructures and magnetic properties
Received date: 2024-02-22
Online published: 2025-03-21
针对稀磁半导体纳米材料在电子元器件、半导体芯片、集成电路有广泛的应用，基于溶剂热法，在180 ℃下，以CdO、S粉和六水合氯化铬（CrCl3·6H2O）为原料，乙醇胺、乙二胺为有机溶剂，用溶剂热法合成具有室温铁磁性Cr掺杂CdS纳米结构的稀磁半导体。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电子能量散射谱（EDS）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、超导磁体振动样品磁强计（VSM）检测产物的晶体结构、形貌、光学性质及磁学性能。结果表明，Cr掺杂的CdS纳米结构具有纤锌矿结构，Cd1-x Cr x S（x=3.94%）纳米颗粒具有规则形貌，颗粒直径为30~40 nm。合成产物由Cr、Cd和S 3种元素构成，Cr掺杂CdS纳米颗粒物质的量分数最高达到7.16%。在室温下，Cr掺杂CdS产生强铁磁性能，然而未掺杂的CdS则产生出较弱铁磁性能，Cd1-x Cr x S（x=3.94%）纳米颗粒饱和磁化强度Ms为9.258×10-6 A·m2/g，Hc矫顽力为73.25 Oe（1 Oe=103/4π A/m）。Cr掺杂CdS铁磁性增强与CdS晶格中Cr掺杂产生结构缺陷有关，Cr掺杂CdS铁磁性的起源归因于双交换机制。
张珠峰 , 任银拴 . 稀磁半导体Cr掺杂CdS纳米结构及磁性能研究[J]. 无机盐工业, 2025 , 57(3) : 50 -57 . DOI: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0095
In response to the widespread application of dilute magnetic semiconductor nanomaterials in electronic components，semiconductor chips，integrated circuits，and other fields，based on solvent thermal method，a dilute magnetic semiconductor with room temperature ferromagnetic Cr-doped CdS nanostructures was synthesized by solvothermal method using CdO，S powder，hexahydrate chromium chloride（CrCl3·6H2O） as raw materials，ethanolamine，and ethylenediamine as organic solvents at 180 ℃.The crystal structure，morphology，optical properties，and magnetic properties of the samples were detected using X-ray diffraction（XRD），transmission electron microscopy（TEM），electron energy scattering spectroscopy（EDS），ultraviolet visible absorption spectroscopy（UV-Vis），and superconducting magnet vibration sample magnetometer（VSM）.The results indicated that Cr-doped CdS nanostructures had a wurtzite structure，and the average particle size of Cd1-x Cr x S（x=3.94%） nanoparticles with regular morphology in the range of 30~40 nm.The synthetic product，composed of Cr，Cd，and S，was observed，the highest content of Cr-doped CdS nanoparticles was 7.16%（Cr atomic）.At room temperature，Cr-doped CdS produced enhanced ferromagnetism，while undoped CdS produced weak ferromagnetism.The saturation magnetization
Key words： Cr-doped CdS; nanostructure; ferromagnetism; solvothermal
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