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电荷与自旋的联姻:磁性半导体
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作者 王海龙 赵建华 《现代物理知识》 2019年第1期11-16,共6页
1.引言上古时代,人类祖先就见识了电闪雷鸣带来的感官震撼,而摩擦起电和静电积累现象则不断激励人们去接近直至揭示其中的物理规律。从富兰克林风筝引电证明闪电与静电无异,到库仑提出平方反比定律指出电力与引力同形,标志着人类开始摆... 1.引言上古时代,人类祖先就见识了电闪雷鸣带来的感官震撼,而摩擦起电和静电积累现象则不断激励人们去接近直至揭示其中的物理规律。从富兰克林风筝引电证明闪电与静电无异,到库仑提出平方反比定律指出电力与引力同形,标志着人类开始摆脱对电的原始崇拜与畏惧,迈进了电学研究的科学时代;从伏特制造电池提供连续高强度电流. 展开更多
关键词 磁性半导体 载流子浓度
源于非晶合金的透明磁性半导体 预览
2
作者 陈娜 张盈祺 姚可夫 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第17期186-195,共10页
磁性半导体兼具磁性和半导体特性,通过操控电子自旋,有望实现接近完全的电子极化,提供一种全新的导电方式和器件概念.目前磁性半导体的研究对象主要为稀磁半导体,采用在非磁性半导体中添加过渡族磁性元素使半导体获得内禀磁性的方... 磁性半导体兼具磁性和半导体特性,通过操控电子自旋,有望实现接近完全的电子极化,提供一种全新的导电方式和器件概念.目前磁性半导体的研究对象主要为稀磁半导体,采用在非磁性半导体中添加过渡族磁性元素使半导体获得内禀磁性的方法进行制备.但大部分稀磁半导体仅具有低温磁性,成为限制其在室温可操控电子器件中应用的瓶颈.针对这一关键科学问题,本文提出与传统稀磁半导体制备方法相反的合成思路,在磁性非晶合金中引入非金属元素诱发金属一半导体转变,使磁性非晶获得半导体电性,研制出具有新奇磁、光、电耦合特性的非晶态浓磁半导体,揭示其载流子调制磁性的内禀机理,发展出可在室温下工作的P-n结及电控磁器件. 展开更多
关键词 非晶合金 磁性半导体 磁学性能 磁输运特性
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Dominant ferromagnetic coupling over antiferromagnetic in Ni doped ZnO: First-principles calculations
3
作者 Bakhtiar UI Haq Rashid Ahmed +4 位作者 Galila Abdellatif Amiruddin Shaari Faheem K. Butt Mohammed Benali Kanoun Souraya Goumri-Said 《物理学前沿:英文版》 SCIE CSCD 2016年第1期121-127,共7页
关键词 铁磁耦合 第一性原理计算 镍掺杂 氧化锌 磁性半导体 稀磁半导体 电子结构 磁化强度
是否可能制造出室温下的磁性半导体?
4
作者 赵建华 《科学通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第13期1401-1406,共6页
针对Science创刊125周年之际公布的125个最具挑战性的科学问题之一"是否可能制造出室温下的磁性半导体?"进行了解读.主要从传统电子学面临的严峻挑战出发,介绍了磁性半导体的基本概念、与普通半导体的区别以及在信息技术中可能发挥... 针对Science创刊125周年之际公布的125个最具挑战性的科学问题之一"是否可能制造出室温下的磁性半导体?"进行了解读.主要从传统电子学面临的严峻挑战出发,介绍了磁性半导体的基本概念、与普通半导体的区别以及在信息技术中可能发挥的重要作用.本文以磁性元素掺杂的Zn O和Ga N为例介绍了实验中观察到的室温铁磁性的可能机制,并重点介绍了近年来关于典型磁性半导体(Ga,Mn)As的研究进展.最后针对室温下的磁性半导体研究进行了总结及展望. 展开更多
关键词 磁性半导体 居里温度 室温铁磁性
锑化物磁性半导体体材料研究
5
作者 尹志岗 吴金良 张兴旺 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期424-427,共4页
利用布里奇曼法进行GaMnSb磁性半导体生长,并对其结构、磁学及电学特性进行研究.在高Mn区域发现了室温铁磁性,而在低Mn区域只探测到抗磁信号.电学测量表明,两个区域的空穴浓度基本相当,说明观察到的磁学性能差异与载流子浓度无关.X射线... 利用布里奇曼法进行GaMnSb磁性半导体生长,并对其结构、磁学及电学特性进行研究.在高Mn区域发现了室温铁磁性,而在低Mn区域只探测到抗磁信号.电学测量表明,两个区域的空穴浓度基本相当,说明观察到的磁学性能差异与载流子浓度无关.X射线能谱测试显示,高Mn区域的Mn组分分布不均匀,低Mn区域的Mn组分分布则相对更为均匀.此外,高Mn区域的饱和磁化强度仅为每Mn原子0.01.3μB,与理论值相差约两个数量级.X射线衍射谱的结果说明,高Mn区域有出现MnSb第二相的迹象.以上结果证实所观察到的室温铁磁性并不是GaMnSb的内禀特性. 展开更多
关键词 磁性半导体 锑化物半导体 布里奇曼法 MN掺杂
Theoretical investigation of structural and optical properties of semi-fluorinated bilayer graphene
6
作者 伞晓娇 韩柏 赵景庚 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第3期357-361,共5页
We have studied the structural and optical properties of semi-fluorinated bilayer graphene using density functional theory. When the interlayer distance is 1.62 , the two graphene layers in AA stacking can form stro... We have studied the structural and optical properties of semi-fluorinated bilayer graphene using density functional theory. When the interlayer distance is 1.62 , the two graphene layers in AA stacking can form strong chemical bonds.Under an in-plane stress of 6.8 GPa, this semi-fluorinated bilayer graphene becomes the energy minimum. Our calculations indicate that the semi-fluorinated bilayer graphene with the AA stacking sequence and rectangular fluorinated configuration is a nonmagnetic semiconductor(direct gap of 3.46 e V). The electronic behavior at the vicinity of the Fermi level is mainly contributed by the p electrons of carbon atoms forming C=C double bonds. We compare the optical properties of the semifluorinated bilayer graphene with those of bilayer graphene stacked in the AA sequence and find that the semi-fluorinated bilayer graphene is anisotropic for the polarization vector on the basal plane of graphene and a red shift occurs in the [010]polarization, which makes the peak at the low-frequency region located within visible light. This investigation is useful to design polarization-dependence optoelectronic devices. 展开更多
关键词 光学性质 石墨 氟化 结构 氨基酸序列 密度泛函理论 极化矢量 磁性半导体
谷电子自由度电学调控的首次实现
7
作者 王海龙 叶堉 +1 位作者 赵建华 张翔 《物理》 CAS 北大核心 2016年第8期516-519,共4页
对电子电荷和自旋自由度的电学调控奠定了微纳电子器件和自旋电子器件的工作基础,然而人们对固体材料中电子谷自由度的有效电学调控还处在研究探索阶段。文章简要介绍作者在单层过渡金属硫族化合物(TMDC)和磁性半导体(Ga,Mn)As构成... 对电子电荷和自旋自由度的电学调控奠定了微纳电子器件和自旋电子器件的工作基础,然而人们对固体材料中电子谷自由度的有效电学调控还处在研究探索阶段。文章简要介绍作者在单层过渡金属硫族化合物(TMDC)和磁性半导体(Ga,Mn)As构成的pn结中,利用电学自旋注入方法首次成功实现对电子谷自由度进行电学调控的工作。 展开更多
关键词 谷自由度 过渡金属硫族化合物 磁性半导体 垂直磁各向异性 电学自旋注入
Structural,electronic,and magnetic properties of transition-metal atom adsorbed two-dimensional GaAs nanosheet
8
作者 罗佳 向钢 +2 位作者 余天 兰木 张析 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期523-527,共5页
By using first-principles calculations within the framework of density functional theory,the electronic and magnetic properties of 3d transitional metal(TM) atoms(from Sc to Zn) adsorbed monolayer Ga As nanosheets(Ga ... By using first-principles calculations within the framework of density functional theory,the electronic and magnetic properties of 3d transitional metal(TM) atoms(from Sc to Zn) adsorbed monolayer Ga As nanosheets(Ga As NSs) are systematically investigated.Upon TM atom adsorption,Ga As NS,which is a nonmagnetic semiconductor,can be tuned into a magnetic semiconductor(Sc,V,and Fe adsorption),a half-metal(Mn adsorption),or a metal(Co and Cu adsorption).Our calculations show that the strong p–d hybridization between the 3d orbit of TM atoms and the 4p orbit of neighboring As atoms is responsible for the formation of chemical bonds and the origin of magnetism in the Ga As NSs with Sc,V,and Fe adsorption.However,the Mn 3d orbit with more unpaired electrons hybridizes not only with the As 4p orbit but also with the Ga 4p orbit,resulting in a stronger exchange interaction.Our results may be useful for electronic and magnetic applications of Ga As NS-based materials. 展开更多
关键词 过渡金属原子 磁性半导体 原子吸附 电子结构 GAAS 3d轨道 二维 密度泛函理论
Evaluation of the Ultrafast Thermal Manipulation of Magnetization Precession in Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Mn)As
9
作者 李杭 张新惠 《中国物理快报:英文版》 SCIE CAS CSCD 2015年第6期150-154,共5页
关键词 磁性半导体 热处理 超高速 激光热效应 磁晶各向异性 外部磁场 激光加热
RSn3-xCox(R=Nd,Sm)系列化合物的结构及磁性能研究 预览
10
作者 薛智琴 郭永权 梅简 《材料导报》 CSCD 北大核心 2014年第14期72-76,共5页
系统地研究了新型稀土-半导体-磁性金属所组成的RSn3-xCox(R=Nd,Sm; x=0~0.3)系列的制备、晶体结构以及磁性.研究表明:RSn3-xCox具有AuCu3型立方结构,空间群Pm3m,稀土原子占据la晶位,Sn占据3c晶位,Co部分替代Sn占据3c晶位.点阵常数... 系统地研究了新型稀土-半导体-磁性金属所组成的RSn3-xCox(R=Nd,Sm; x=0~0.3)系列的制备、晶体结构以及磁性.研究表明:RSn3-xCox具有AuCu3型立方结构,空间群Pm3m,稀土原子占据la晶位,Sn占据3c晶位,Co部分替代Sn占据3c晶位.点阵常数与晶胞体积常数随Co掺杂量的增加而减小.其磁性变化与Co含量密切相关,随着Co含量的增加,稀土半导体化合物中产生铁磁性相,在Sm-Sn-Co体系中SmSn2.8 Co0.2呈现混合磁性、SmSn2.7Co0.3呈现铁磁性,这有别于纯RSn3系列的磁性(低温反铁磁型和室温的顺磁性),为这类稀土半导体化合物作为新型磁电子材料的潜在应用提供了可能性. 展开更多
关键词 磁性半导体 RSn3-xCox化合物 磁性
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半导体家族中神奇的一员——磁性半导体
11
作者 赵建华 《物理教学》 2014年第12期2-3,共2页
磁性半导体是半导体家族中的神奇一员,它不仅具有普遍半导体的功能,而且具有记忆储存功能,可以用来制作电脑的核心部件,改变现有的信息产业结构模式。
关键词 磁性半导体 铁磁体 材料应用
Enhancement of the Curie temperature of ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As 被引量:1
12
作者 WANG HaiLong CHEN Lin ZHAO JianHua 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS 2013年第1期99-110,共12页
In this review article,we review the progress made in the past several years mainly regarding the efforts devoted to increasing the Curie temperature(T C) of(Ga,Mn)As,which is most widely considered as the prototype f... In this review article,we review the progress made in the past several years mainly regarding the efforts devoted to increasing the Curie temperature(T C) of(Ga,Mn)As,which is most widely considered as the prototype ferromagnetic semiconductor.Heavy Mn doping,nanostructure engineering and post-growth annealing which increase T C are described in detail. 展开更多
关键词 居里温度 铁磁半导体 MN GA 磁性半导体 结构工程 重掺杂 Tc
Large and controllable tunneling magnetoresistance in ferromagnetic/magnetic-semiconductor/ferromagnetic trilayers 被引量:1
13
作者 ZHANG PeiPei XU Ming 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS 2013年第8期1514-1519,共6页
In this work, we selected a magnetic-semiconductor as an interlayer and investigated the electronic transport properties in the ferromagnetic/ferromagnetic-semiconductor/ferromagnetic (FM/FS/FM) trilayers. The results... In this work, we selected a magnetic-semiconductor as an interlayer and investigated the electronic transport properties in the ferromagnetic/ferromagnetic-semiconductor/ferromagnetic (FM/FS/FM) trilayers. The results indicate that the large TMR comparable to that in ferromagnetic/metal oxide/ferromagnetic sandwich can be obtained in the FM/FS/FM multilayers with considering the spin filter effect in the magnetic semiconductor layer. Moreover, the transmission coefficient and TMR can be tuned through thickness, Rashba spin-orbit coupling strength and molecular field of the magnetic semiconductor. Our calculations could provide a way to design the semiconductor spintronic devices with excellent and controllable properties. 展开更多
关键词 磁性半导体 三层膜 铁磁 隧道磁阻 可控 电子输运性质 自旋电子器件 自旋轨道
Uniform wurtzite MnSe nanocrystals with surface-dependent magnetic behavior
14
作者 Jie Zhang Fan Zhang +8 位作者 Xuebing Zhao Xinran Wang Lifeng Yin Chongyun Liang Min Wang Ying Li Jiwei Liu Qingsong Wu Renchao Che 《纳米研究:英文版》 SCIE CAS CSCD 2013年第4期275-285,共11页
锰硒化物(MnSe ) 作为一个重要磁性的半导体拥有唯一的磁性,但是 MnSe nanocrystals 的合成和性质是因为无能,与另外的半导体 nanocrystals 相比开发获得高质量的 MnSe 的更少,特别在亚稳的 wurtzite 结构。这里,我们成功地经由负... 锰硒化物(MnSe ) 作为一个重要磁性的半导体拥有唯一的磁性,但是 MnSe nanocrystals 的合成和性质是因为无能,与另外的半导体 nanocrystals 相比开发获得高质量的 MnSe 的更少,特别在亚稳的 wurtzite 结构。这里,我们成功地经由负担得起一致水晶尺寸的一条胶体的途径制作了 wurtzite MnSe nanocrystals 并且定制形状。胺表面活化剂的选择有约束力的力量是在形状控制和形状进化的决定因素。如果在反应解决方案的 oleylamine 的部分被 trioctylamine 代替,子弹形状能被转变成梭形状,并且四足动物形状的 nanocrystals 能在 trioctylamine 系统被形成。三维(3D ) 塑造子弹的 nanorods 的结构被先进传播电子显微镜(TEM ) 表明了 3D 断层摄影术技术。高分辨率的 TEM (HRTEM ) 和电子精力损失光谱学(鳗) 显示出那平面缺点的结构象叠差错和 twinning 沿着那样[001 ] 方向在子弹形状的生长期间产生。根据小心的 HRTEM 观察,我们为 wurtzite MnSe nanotetrapods 的形成建议 quadra 双胞胎核心生长机制。而且,由于他们的 noncompensated,表面旋转的 wurtzite MnSe nanocrystals 表演 lowtemperature 表面纺纱眼镜行为和堵住的温度与增加 nanocrystals 的表面区域 / 卷比率从 8.4 K 增加到 18.5 K。我们的结果提供 wurtzite MnSe nanocrystals 的系统的研究。 展开更多
关键词 纤锌矿结构 表面活性剂 纳米晶体 行为 透射电子显微镜 形状控制 电子能量损失谱 磁性半导体
Abnormal magnetic behaviors induced by the antisite phase boundary in La2NiMnO6
15
作者 赵月雷 柴一晟 +1 位作者 潘礼庆 孙阳 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第8期221-224,共4页
The ferromagnetic semiconductor La 2 NiMnO 6 (LNMO) has recently received much attention due to its high Curie temperature (T C ~ 280 K), which is close to room temperature. We prepared single-phase LNMO polycrystall... The ferromagnetic semiconductor La 2 NiMnO 6 (LNMO) has recently received much attention due to its high Curie temperature (T C ~ 280 K), which is close to room temperature. We prepared single-phase LNMO polycrystalline samples and investigated the temperature- and field-dependent magnetic behaviors of bulk LNMO. Between T C and T*= 300 K, we observed upward and downward deviations from the Curie-Weiss law for high and low magnetic fields, respectively. From the electron spin resonance results, we can exclude the existence of the Griffiths phase. On the contrary, our results indicate that the abnormal magnetic behaviors might be induced by antisite phase boundaries with antiferromagnetic interaction. 展开更多
关键词 异常行为 反铁磁相互作用 边界 诱导 电子自旋共振 居里温度 磁性半导体 近室温
Electronic structure and magnetic and optical properties of double perovskite Bi2 FeCrO6 from first-principles investigation
16
作者 宋哲文 刘邦贵 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第4期461-466,共6页
Double perovskite Bi2 FeCrO6 , related with multiferroic BiFeO3 , is very interesting because of its strong ferroelectricity and high magnetic Curie temperature beyond room temperature. We investigate its electronic s... Double perovskite Bi2 FeCrO6 , related with multiferroic BiFeO3 , is very interesting because of its strong ferroelectricity and high magnetic Curie temperature beyond room temperature. We investigate its electronic structure and magnetic and optical properties by using a full-potential density-functional method. Our optimization shows that it is a robust ferrimagnetic semiconductor. This nonmetallic phase is formed due to crystal field splitting and spin exchange splitting, in contrast to previous studies. Spin exchange constants and optical properties are calculated. Our Monte Carlo magnetic Curie temperature is 450 K, much higher than any previously calculated value and consistent with experimental results. Our study and analysis reveal that the main magnetic mechanism is an antiferromagnetic superexchange between Fe and Cr over the intermediate O atom. These results are useful in understanding such perovskite materials and exploring their potential applications. 展开更多
关键词 磁性半导体 双钙钛矿 光学性能 电子结构 第一原理 三元 Bi 密度泛函方法
非晶Co/Ge多层膜的磁性和电性能 预览
17
作者 王锋 陈春花 陈瑞美 《厦门大学学报:自然科学版》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期733-738,共6页
采用射频溅射的方法制备了[Cox/Ge10-x](x=0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2.5 nm)非晶多层薄膜,X射线衍射仪(XRD)显示样品中不存在第二相.随着Co层厚度增加,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性.制备态的[Co2.5/Ge7.5]的饱和磁化强度Ms可... 采用射频溅射的方法制备了[Cox/Ge10-x](x=0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2.5 nm)非晶多层薄膜,X射线衍射仪(XRD)显示样品中不存在第二相.随着Co层厚度增加,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性.制备态的[Co2.5/Ge7.5]的饱和磁化强度Ms可达8.3×104 A/m.霍尔效应测试表明样品均为P型半导体,载流子浓度约为1023~1025 m-3.薄膜的低温电阻导电机理属于磁性半导体材料的自旋依赖电子变程跃迁机制,实验结果表明,Co/Ge体系有作为新型自旋电子学器件材料的可能. 展开更多
关键词 非晶多层膜 CO Ge 磁性半导体 自旋极化
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Electronic structures and optical properties of TiO_2:Improved density-functional-theory investigation
18
作者 龚赛 刘邦贵 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第5期 508-514,共7页
TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and ex... TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and excellent optical properties.However,its electronic structures and the related properties have not been satisfactorily understood.Here,we use Tran and Blaha’s modified Becke-Johnson(TB-mBJ) exchange potential(plus a local density approximation correlation potential) within the density functional theory to investigate electronic structures and optical properties of rutile and anatase TiO2.Our comparative calculations show that the energy gaps obtained from mBJ method agree better with the experimental results than that obtained from local density approximation(LDA) and generalized gradient approximation(GGA),in contrast with substantially overestimated values from many-body perturbation(GW) calculations.As for optical dielectric functions(both real and imaginary parts),refractive index,and extinction coefficients as functions of photon energy,our mBJ calculated results are in excellent agreement with the experimental curves.Our further analysis reveals that these excellent improvements are achieved because mBJ potential describes accurately the energy levels of Ti 3d states.These results should be helpful to understand the high temperature ferromagnetism in doped TiO2.This approach can be used as a standard to understand electronic structures and the related properties of such materials as TiO2. 展开更多
关键词 密度泛函理论 电子结构 光学特性 局域密度近似 磁性半导体 二氧化钛 广义梯度近似 计算结果
氧空位对钴掺杂氧化锌稀磁半导体电子结构的影响 预览
19
作者 陶华龙 张志华 黄国亮 《大连交通大学学报》 CAS 2012年第5期85-89,共5页
通过第一性原理计算对Co掺杂ZnO稀磁半导体的磁学性质和电子结构进行了研究,对氧空位甘现在不同位置时体系总能进行计算,证实氧空位更容易在Co原子附近生成,电子结构计算表明Co-3d自旋电子在费米能级附近产生了自旋极化现象,提供局... 通过第一性原理计算对Co掺杂ZnO稀磁半导体的磁学性质和电子结构进行了研究,对氧空位甘现在不同位置时体系总能进行计算,证实氧空位更容易在Co原子附近生成,电子结构计算表明Co-3d自旋电子在费米能级附近产生了自旋极化现象,提供局域磁矩;通过研究两个Co原子掺杂ZnO体系的电子结构,证实铁磁性的产生是两个co原子耦合的结果,氧原子起到了一定的调制作用. 展开更多
关键词 磁性半导体 缺陷 电子结构 第一性原理
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不怕消磁的材料 预览
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《光学精密机械》 2012年第2期20-21,共2页
日本理化研究所研究人员在的美国《物理评论通讯》杂志网络版上发表论文说,他们发现一种人工合成的镉锇氧化物在特定温度下由导体变为非磁性半导体的原因。这种特性使其能够成为不怕消磁的存储新材料。
关键词 新材料 消磁 磁性半导体 研究人员 人工合成 网络版 研究所 氧化物
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