结构相变对Fe掺杂TiO2薄膜室温铁磁性的影响

顾建军; 孙会元; 刘力虎; 岂云开; 徐芹

doi:10.7498/aps.61.017501

摘要

采用直流磁控溅射方法在玻璃基底上制备了不同Fe掺杂浓度的TiO2薄膜, 并对其晶体结构和磁特性进行了研究.在所有掺杂样品中,均观察到了室温铁磁性, 磁性源于Fe离子与其近邻空间分布的空穴相互作用. 在掺杂量为7%的锐钛矿相薄膜中观察到了最大的磁化强度. 随着Fe掺杂浓度的进一步增加, TiO2的晶体结构逐渐由锐钛矿相向金红石相转变,并且磁性减弱. 不同结构的TiO2中TiO键长不同,导致替代的磁性Fe离子与空穴的作用强度发生改变, 进而使其磁性发生变化.

关键词:

Abstract

Fe doped TiO2 films are deposited on glass substrates using dc magnetron sputtering. The crystal structures and the magnetic properties of these films are studied. Room temperature ferromagnetism is observed in each of all the Fe doped TiO2 films. The source of magnetism is related to an exchange interaction between the transition-metal (Fe) ions and localized strapped holes. The maximal magnetization is observed in a TiO2 film with Fe concentration 7%. With the increase of Fe concentration, the crystal structure of TiO2 film transforms gradually from anatase phase to rutile phases, and magnetism in the film weakened. The changes of crystal structure and crystallization in TiO2 film resulting from Fe doping affect the change of ferromagnetism in the film.

Keywords:

作者及机构信息

1.
河北师范大学物理科学与信息工程学院, 石家庄 050016;

2.
河北民族师范学院物理系, 承德 067000;

3.
河北省新型薄膜材料重点实验室, 石家庄 050016

基金项目: 河北省自然科学基金(批准号：A2009000254)、河北民族师范学院博士基金(批准号：2010003)和河北省教育厅基金(批准号: Z2007422)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics Science and Information Engineering, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016, China;

2.
Department of Physics, Hebei Normal University for Nationalities, Chengde 067000, China;

3.
Key Laboratory of Advanced Films of Hebei Province, Shijiazhuang 050016, China

Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. A2009000254 ), the Fund of Hebei Normal University for Nationalities, China (Grant No. 201003), and the Fund of Education Department of Hebei Province, China (Grant No. Z2007422).

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