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阳离子对Mn:ZnS与Mn:CdS量子点薄膜表面电子能带结构及磁性能的影响

DOI：10.1021/acs.jpcc.9b06551 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 报道了Mn掺杂对ZnS和CdS量子点的影响。扫描隧道谱显示，掺入Mn后CdS和ZnS的电子带隙均减小。Mn:ZnS表现出向更高偏压的刚性带移动，这让人联想到空穴掺杂效应。借助X射线光电子能谱分析认为，Mn:ZnS中的这种刚性带移动源于Zn空位的有利形成以及与未掺杂ZnS薄膜相比S空位的减少，从而导致了空穴掺杂机制。在CdS中，尽管通过光电子发射和磁测量可以证实Cd空位的存在，但未观察到刚性带移动。在引入Mn掺杂剂后，在Mn:CdS薄膜中观察到强烈的sp - d杂化。在室温下，未掺杂的ZnS和CdS量子点薄膜中均观察到d0铁磁性。当Mn掺杂到ZnS中时，磁化强度降低，这表明Mn - Mn或Mn - Zn空位最近邻之间呈反平行排列。密度泛函理论支持实验结果，表明最近邻Mn原子倾向于其磁矩反平行排列，且Mn优先处于+3氧化态的基态。
作者： Andrew John Yost，Thilini K Ekanayaka，Gautam Gurung，Gaurab Rimal，Sabit Horoz，Jinke Tang，Tula Paudel，TeYu Chien
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究锰掺杂对Mn:ZnS和Mn:CdS量子点薄膜表面电子能带结构及磁性能的影响。

研究成果

研究表明，锰掺杂对硫化锌和硫化镉量子点的电子能带结构和磁性能具有不同影响：锰掺杂硫化锌呈现空穴掺杂效应，而锰掺杂硫化镉则表现出强烈的sp-d轨道杂化。未掺杂样品在室温下呈现铁磁性，锰掺杂硫化锌的磁化强度降低表明磁矩呈反平行排列。密度泛函理论计算支持这些发现，显示锰倾向于以+3价态存在，且最近邻锰原子呈反铁磁排列。

研究不足

该研究的局限性在于X射线光电子能谱（XPS）和扫描隧道显微镜/谱（STM/S）的表面敏感性，可能无法完全反映体相性质。虽然注意到氧的存在及其对锰氧化态的影响，但未深入探究。磁测量结果的解释基于空位诱导铁磁性的假设，该假设可能无法解释所有磁相互作用。

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