稀土掺杂层状MoS2和SnS2光磁特性研究

• 作 者: 赵琪
• 出 处: 吉林大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 二硫化钼 二硫化锡 层状金属硫化物 稀土掺杂 第一性原理计算

层状金属硫化物材料具有独特的电子、机械与光学性质,因此近年来在基础研究中获得了广泛的关注并且在不同领域都具有实际应用。例如在光电、超导、锂离子电池、超级电容器以及自旋电子学方面都有重要的应用。MoS₂和SnS₂为典型的层状金属硫化物材料,但是非磁性的本质限制了其在很多领域上的应用。掺杂是改变非磁性半导体材料本征性质的一种有效的手段。稀土元素,可以通过随机取代阳离子进入晶格,f层为内层,不容易受到晶场的影响,可以有效改变主体材料的光学、磁学以及其他物理性质,可作为理想的掺杂剂。论文以MoS₂和SnS₂为基底,通过掺杂不同浓度的稀土元素,制备出一系列具有磁学性质的层状材料。研究了掺杂浓度对样品磁学光学性质影响及其规律,并对各个体系的电子结构与磁性来源进行了深入研究。本文的主要内容包括:1.制备了不同掺杂浓度的MoS₂:Dy纳米片。Dy³⁺离子通过替代Mo⁴⁺离子使MoS₂晶格产生畸变使拉曼峰红移。合成的样品具有室温铁磁性,最大饱和磁化强度值为0.023 emu/g。磁性来源于Dy原子的4f轨道、S原子的3p轨道和Mo原子的4d轨道。2.制备了不同掺杂浓度的MoS₂:Ho纳米晶。合成的样品具有室温铁磁性,最大饱和磁化强度值0.055 emu/g。Ho³⁺离子通过替代阳离子方式使MoS₂晶格产生畸变,同时增加缺陷能级进而影响最大吸收波长。磁性来源于掺杂Ho原子的4f轨道、Ho原子周围最近邻Mo原子的4d轨道、S原子的3p轨道。3.制备了不同掺杂浓度的SnS₂:Ce纳米颗粒。合成的样品在200 nm–700nm范围内具有较强的吸收,不同的稀土Ce³⁺离子掺杂浓度可以调节吸收边位置,同时增强样品的表面缺陷态。合成的样品具有室温铁磁性,最大饱和磁化强度值为0.081 emu/g。样品的磁性来源于掺杂Ce原子的d、f轨道。4.制备了不同掺杂浓度的SnS₂:Ho纳米片。掺杂影响纳米片的光学带隙值,同时增大样品的缺陷浓度导致发光增强。制备的样品具有室温铁磁性,最大饱和磁化强度值为0.072 emu/g。Sn空位和Ho替代同时作用引起样品的铁磁性。