Fe 掺杂、Fe+Cr 共掺杂 ZnO 纳米颗粒的结构、光学及磁性能
摘要
本研究特别关注 Cr 共掺杂对 Zn0.99Fe0.01O 结构、光学和磁性能的影响。制备了 Zn0.99-xFe0.01CrxO（x = 0、0.01、0.03 和 0.05）纳米颗粒。粉末 X 射线衍射（XRD）分析确认所有样品均具有六方纤锌矿结构。利用 Williamson-Hall 关系计算了样品的平均晶粒尺寸（D）和微应变，Zn0.99Fe0.01O 的 D 为 13 ± 1 nm。在 Cr 共掺杂样品中，D 随 Cr 含量略有增加，x = 0.01、0.03 和 0.05 的样品分别为 9 ± 1、10 ± 1 和 11 ± 1 nm；而应变随 Cr 共掺杂增加而下降。样品的透射电子显微镜（TEM）图像表明颗粒处于纳米尺度且发生团聚。x = 0、0.03 和 0.05 的 Zn0.99-xFe0.01CrxO 粒径分别为 14 ± 1、11 ± 1 和 12 ± 1 nm。Fe3+ 和 Cr3+ 在 Zn2+ 位点的替代对光学性质有影响。带隙从 3.296 ± 0.002 eV 降至 3.258 ± 0.002 eV（随 Cr 浓度增加）。Zn0.96Fe0.01Cr0.03O 的光致发光（PL）揭示了缺陷的存在，410 nm 和 513 nm 处的发射峰分别归因于锌空位（VZn）和单电离氧空位。使用振动样品磁强计（VSM）在室温下测量的 Zn0.99-xFe0.01CrxO（x = 0.03 和 0.05）的 M(-H) 曲线呈滞回特性，表明存在室温铁磁性（RTFM）。Zn0.94Fe0.01Cr0.05O 中观察到最大饱和磁化强度 0.67 ± 0.01 emu·g-1。Fe+Cr 共掺杂 ZnO 中观察到的 RTFM 由束缚磁极化子（BMP）机制解释，BMP 由 VZn 和 Vo+ 缺陷形成。本文增进了对 Fe+Cr 共掺杂 ZnO 纳米颗粒中 RTFM 起源的理解。
引用
@article{arxiv.2111.07266,
title = {Structure, optical and magnetic properties of Fe doped, Fe+Cr co-doped ZnO nanoparticles},
author = {H. S. Lokesha and P. Mohanty and C. J. Sheppard and A. R. E. Prinsloo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.07266},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 7 figures, 1 table