Fe 掺杂 ZnO 纳米线中的光致增强磁化

如果在与现有技术兼容的磁性半导体纳米结构中实现对磁有序的光控制，电子学的一个新兴分支——光自旋电子学将得到极大推动。在此我们表明，通过碳热法制备的低 Fe 掺杂 ZnO 纳米线的铁磁磁化强度在光照下得到增强，直至温度略低于室温。这种增强与反铁磁超交换 Fe$^{3+}$-Fe$^{3+}$ 对附近氧空位 V$_{\rm O}$ 的存在有关。在光照下，V$_{\rm O}$ 被电离为 V$_{\rm O}^+$，向反铁磁对中邻近的 Fe$^{3+}$ 离子提供一个电子。这种光激发电子跃迁允许 Fe$^{3+}$ 跃迁至 Fe$^{2+}$，形成稳定的铁磁双交换对，从而增加总磁化强度。本文给出的结果表明，这是一种在高温下通过光照影响基于 ZnO 纳米结构磁性质的有效途径。