在（FeNi）共掺杂的SnS2纳米盘中，通过最大熵重建技术得到了电子结构，这些纳米盘具有可调的光学和磁学性质

《Materials Science and Engineering: B》：Maximum entropy reconstruction of electronic structure in (Fe Ni) co-substituted SnS 2 nano-discs exhibiting tunable optical and magnetic properties

高纯度Fe/Ni共掺杂SnS2纳米圆盘通过水热法合成，XRD证实为六方P3m1空间群结构，掺杂浓度达9%仍保持纯相。ESR检测到Fe3?、Ni2?及Ni3?氧化态，室温磁饱和度分别为0.0408和0.0804 emu/g，矫顽力高达1474.3 Oe。带隙随掺杂量增加从1.298 eV扩展至2.796 eV，HRTEM显示均匀分散的纳米结构。电子结构分析表明掺杂引起电荷重构和能带调制，为光电器件和催化应用提供新思路。

　　高纯度、纳米盘状、二维稀磁半导体SnS?的Fe和Ni共掺杂体系（化学组成Sn???Fe?/?Ni?/?S?，其中x=0.03, 0.06, 0.09）通过水热结晶法成功制备。研究结果表明，这些材料具有六方晶系结构，归属于P3?m1空间群，其中在x=0.09时，(001)晶面出现肩峰，反映了Fe和Ni的9%替代溶解极限。电子自旋共振（ESR）光谱揭示了Fe3?、Ni2?和Ni3?的氧化态。室温磁性测量结果显示，x=0.03和x=0.06时，磁饱和度分别为0.0408和0.0804 emu/g，同时表现出高矫顽力，分别为1474.3和677.28 Oe。光学分析表明，随着掺杂浓度的增加，带隙从1.298 eV调整至2.796 eV，这种带隙调控特性使得该材料在太阳能电池、光电探测器、光催化剂和传感器等应用中具有重要价值。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、选区衍射（SAED）和能谱分析（EDX）确认了该材料的多晶纳米盘状结构，并且元素分布均匀。电子结构分析揭示了电子密度分布、键合和间隙电荷的积累现象。

稀磁半导体（DMSs）是一类通过引入少量过渡金属（如Fe、Co、Mn、Cr和Ni）而获得磁性特性的本征半导体材料。这种材料结合了电子电荷和自旋特性，使其成为用于自旋电子学应用的重要候选材料。与传统半导体相比，DMSs表现出由磁性掺杂剂诱导的长程铁磁性，这对揭示材料的半导体和磁性特性具有重要意义。控制半导体材料的掺杂能力使得DMSs在自旋电子学和多功能电子设备中具有极大的吸引力，特别是在新兴的自旋基技术中。近年来，研究人员已经对多种DMS材料进行了广泛研究，包括GaMnAs、ZnMnSe以及氧化物基材料如ZnO、TiO?和SnO?。最近，二维层状半导体（MX?）因其强自旋轨道耦合和多功能特性而受到广泛关注，其中M代表过渡金属如Mo、Sn和W，X代表硫属元素如Se、O或S。这类材料如MoS?、WS?和SnS?（称为二维层状稀磁半导体）成为研究热点。

SnS?是一种半导体（N型），其能量带隙（Eg）范围在2.2至2.5 eV之间。SnS?具有类似于CdI?的六方晶系结构（空间群P3?m1），晶格常数a和b为3.648 ?，c为5.898 ?，其中Sn原子被S原子八面体配位。这种结构使得通过改变掺杂剂和掺杂浓度而无需改变晶体结构，可以实现物理性质的可调性。层间共价键和层内范德华力是SnS?结构稳定性和形成的重要因素。SnS?的光催化、光电子设备和能量存储应用引起了广泛关注，这主要归因于其可调的带隙和层状结构。当Fe、Ni和Co等3d过渡金属以及Ru、Ag、Mo等4d过渡金属被引入SnS?时，会引入微应变和位错密度等缺陷，从而产生局部磁矩，有助于在室温下实现铁磁性，显著改变其光学吸收和电子密度，使其适用于多功能应用。

近年来，许多研究人员对Fe掺杂和Ni掺杂的SnS?系统进行了广泛研究，并报道了其物理特性。Fe掺杂的SnS?表现出半金属磁性，其磁矩（约2 μB）来源于3d轨道，且其磁性受硫空位的影响较大。如之前的研究所报道，引入Fe到SnS?中可以诱导纯SnS?的铁磁性，使其在室温下实现磁序。J. Srivind等人指出，SnS?是一种有前景的稀磁半导体和光催化剂，因为Fe掺杂提高了铁磁序和光降解效率。Ni掺杂的SnS?微花表现出增强的电化学性能，这是由于其独特的“金盏花”形貌。Batjargal Sainbileg等人通过第一性原理计算发现，Ni掺杂会导致带隙从间接型向直接型转变，并且随着掺杂浓度的增加，带隙逐渐减小。NiFe-SnS?/Fe?O?复合材料表现出优异的催化活性，能够在120分钟内降解95%的罗丹明B。Fe掺杂的SnS?纳米花在室温下表现出铁磁性，并且用于光催化反应，如氢气生成，这一发现由Yugao Hu等人报道。

Fe和Ni掺杂剂（3d过渡金属）被引入SnS?中，形成局部磁矩，并改变载流子（电子-空穴）的分布，从而影响磁性和光学性质。Fe3?/Fe2?（0.64 ? / 0.78 ?）和Ni3?/Ni2?（0.60 ? / 0.69 ?）替代Sn??（0.69 ?）会导致晶格应变和缺陷，微妙地影响带结构和电子密度。Fe掺杂引入自旋极化态，从而增强磁性相互作用。相比之下，Ni掺杂进一步增强了电子结构的调制，使得材料具有导电性和光吸收能力。这些效应是室温磁性出现的原因，并且改变了光电子特性，拓宽了基于SnS?的材料在未来的光电子和自旋电子学应用中的适用范围。Abdul Rehman等人通过溶胶-凝胶法合成的Fe和Ni共掺杂ZnO材料用于FET探测器应用，并表现出室温下的铁磁性，其磁饱和度的增强归因于Fe和Ni之间的交换相互作用。Tao Sun指出，Fe和Ni共掺杂的TiO?纳米颗粒在可见光照射下有助于氢气生成和水分解。Halima Khatun等人报道，Fe和Ni共掺杂的SnO?纳米颗粒在7%掺杂时会发生铁磁相变，可能用于记忆设备。Kuan Deng等人通过阳离子交换法合成的Ni/Fe和Ru修饰的SnS?纳米片提高了导电性和催化性能，其中NiFe-SnS?/CC表现出出色的氧气生成和水分解活性。

大多数关于Fe掺杂和Ni掺杂的SnS?系统的报道主要集中在平均结构、表面形貌和物理性质上。然而，目前尚无关于Fe和Ni共掺杂SnS?系统的全面研究。此前，我们的研究已经通过水热法合成的单Fe和Ni掺杂的SnS?材料，诱导出铁磁性，降低了光学带隙，并增强了半导体行为，这些物理特性与电子密度分布通过MEM技术相关联，并结合局部结构分析。据我们所知，目前尚无关于Fe和Ni共掺杂的SnS?中电子分布、键合性质与磁性特性之间关系的报道。在本研究中，我们合成了三种Sn???Fe?/?Ni?/?S?（x=0.03, 0.06, 0.09）的样品，并研究了Fe和Ni掺杂对SnS?晶格，特别是电子结构、磁性和光学性质的贡献。精确的粉末XRD分析提供了结构特性，如成分、晶粒尺寸和掺杂诱导的应变效应。计算工具最大熵方法（MEM）被用于优化粉末XRD数据，以生成高分辨率的电子密度图，这些图显示了电子密度分布、局部化、键合和缺陷形成在原子层面的信息。这种方法为Fe和Ni掺杂对电子密度变化和整体材料稳定性的研究提供了更深入的见解。本研究的创新之处在于，通过MEM电子密度分析，将Fe和Ni共掺杂SnS?的结构特性与磁性和光学特性相关联，这对优化基于SnS?的材料用于未来的光电子和自旋电子学应用具有重要意义。