铁铬共掺杂氧化锌纳米颗粒中从抗磁性到弱铁磁性的磁性能演变研究

研究人员通过共沉淀法合成不同掺杂浓度的铁(Fe)和铬(Cr)共掺杂氧化锌(ZnO)纳米颗粒，系统研究了其结构、形貌和磁性能。随着掺杂浓度增加，材料磁性呈现明显演变：纯ZnO表现为抗磁性，Fe掺杂ZnO转变为线性M-H响应，而Fe/Cr共掺杂则诱导出弱铁磁性。其中Zn0.90Fe0.04Cr0.06O在室温下表现出最优的弱铁磁滞回线，该研究为开发低成本室温自旋电子器件提供了新材料体系。

　　

过渡金属掺杂半导体因其可调控的磁性能成为自旋电子学(spintronics)研究热点。这项研究采用共沉淀法(coprecipitation)制备了铁(Fe)和铬(Cr)共掺杂的氧化锌(ZnO)纳米颗粒，通过精确调控掺杂浓度，成功实现了从抗磁性(diamagnetism)到弱铁磁性(weak ferromagnetism)的连续演变。

研究发现，纯ZnO呈现典型抗磁性，而Fe单掺杂样品则表现出线性磁化响应。当引入Cr形成Fe/Cr共掺杂体系时，在Zn_0.90Fe_0.04Cr_0.06O组分中观察到明显的室温弱铁磁滞回线。这种磁性演变源于Fe³⁺/Cr³⁺对Zn²⁺位点的取代以及传导电子介导的交换相互作用(exchange interaction)。

该工作不仅揭示了过渡金属共掺杂对氧化物半导体磁性能的协同调控机制，更为开发新型室温自旋电子器件提供了材料基础。相较于传统稀磁半导体，这种Fe/Cr共掺杂ZnO纳米颗粒具有制备简便、成本低廉的优势，在自旋注入器(spin injector)和磁存储器等应用中展现出良好前景。