MgO单晶点缺陷组态的实验研究(2)
近年来，随着对MgO的研究的更加深入，发现了其晶体可以具有对自旋电子学领域很有帮助的d0磁性[2]，从而引起了科学界的广泛研究。因为MgO具有宽的带隙，所以MgO是用于研究d0铁磁性最有吸引力的材料，而其简单的面心立方晶体结构有利于人们完整准确地表征MgO单晶的缺陷组态。几乎所有的磁矩来自O原子的2p电子，并且纯MgO是无磁性的，MgO的铁磁性随着Mg空位的减少而减小。因此，详细地研究MgO单晶中的点缺陷组态[3]，并与磁性测量结果结合起来，将有助于揭示d0铁磁性的产生机制。MgO的缺陷特性会使其单晶具有d0磁性，通过对MgO的缺陷组态与磁性之相关性的研究有助于揭示d0铁磁性的产生机制。
一般地，在化合物半导体中，由于磁性离子无序的部分代替非磁性阳离子所形成的半导体材料，被称之为稀磁性半导体（DMSs）。在过去的几年里，许多深入的研究工作致力于合成DMSs，希望寻找一种材料具有半导体性能和室温铁磁性（RT）。标准的DMSs是利用过渡金属的传统半导体掺杂产生的，而磁力耦合是由一些载流子的磁性形成的。最近两个主要的实验结论挑战了这一传统的情况。第一，磁性在氧化物DMSs两边的金属绝缘体处发生，表明仅仅有载体是不足以解释磁性的，而是本征缺陷起到决定性的作用。第二，多缺陷或者有意磷掺杂的氧化物显示了RT磁性的可能性。这第二种现象就是d0铁磁性，它表明没有离子部分填充的磷壳体是磁矩的起源。d0铁磁性的例子有很多，并且包括二氧化铪，二氧化钛，氧化铟，C掺杂氧化锌和不同材料的纳米颗粒。此外，在化学合成粉末的研究中表明，d0铁磁性可以在散装物料中发现且不仅仅在表面。
d0铁磁性是一个很有研究意义的磁性问题，它普遍存在于有缺陷的稀磁性半导体中。因为没有部分填充的d或者f壳层的原子形成的是局域磁矩或是产生窄的自旋劈裂能带，所以d0铁磁性不能用局域磁矩和能带磁性理论解释。大多数的研究者认为这种磁性来自于样品中的缺陷，但缺乏对d0铁磁性与缺陷组态关系的定量研究。据已知的实验表明，纯MgO和带有O空位的MgO是不具有d0磁性的，只有具有Mg空位的MgO才会由于空位的浓度变化产生不同强度的d0铁磁性。资料中显示，离子、射线等都可以使MgO单晶出现不同程度的缺陷，但缺陷的位置和类型我们还需要通过实验来确定，所以此研究对于揭示d0铁磁性的产生机制有着重大意义。
我们开展对MgO单晶点缺陷的研究，主要为了测量MgO单晶在辐照条件下晶体结构的变化，以及其点缺陷的位置确定，更重要的是研究MgO的点缺陷类型和在具有不同缺陷时具有的明显结构特征。我们使用测量吸收光谱和X射线漫散射的方法来研究MgO单晶点缺陷的特点，可以让我们熟练对仪器的操作，更对我们了解MgO这种经典的氧化物具有很大的帮助。
1.2 本论文的主要工作
本文通过对MgO单晶材料进行不同强度的γ射线辐照，使用双光束紫外可见光光度计测量样品的吸收光谱谱线来检测辐照效果和产生缺陷的位置，比较不同辐照强度下样品损伤的区别，对比已知的实验结论得出辐照是否产生缺陷。在将MgO单晶样品进行退火处理后，我们还检测了其点缺陷消失的现象，证明其缺陷在高温退火条件下可以恢复某些缺陷，验证辐照条件是否是产生缺陷的主要原因。之后再通过对样品进行室温条件下X射线漫散射实验，比较样品在受到辐照后Bragg峰位置和形状，分析产生缺陷的原因，尝试确定产生缺陷的类型。
我们还通过查阅有关MgO的各种文献，学习前辈的操作以及测量方法，并且列举出所有MgO单晶中可能出现的缺陷和产生缺陷的原因，有利于我们清晰直观地辨别所出现的各种现象，也有助于我们更好地分析实验中的现象。