Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
(Ga,Fe)Sb is a promising magnetic semiconductor (MS) for spintronic applications because its Curie temperature (TC) is above 300 K when the Fe concentration is higher than 20%. However, the anisotropy constant Ku of (Ga,Fe)Sb is below 7.6 × 103 erg/cm3 when Fe concentration is lower than 30%, which is one order of magnitude lower than that of (Ga,Mn)As. To address this issue, we grew Ga1-x-yFexNiySb films with almost the same x (≈24%) and different y to characterize their magnetic and electrical transport properties. We found that the magnetic anisotropy of Ga0.76-yFe0.24NiySb can be enhanced by increasing y, in which Ku is negligible at y = 1.7% but increases to 3.8 × 105 erg/cm3 at y = 6.1% (TC = 354 K). In addition, the hole mobility (μ) of Ga1-x-yFexNiySb reaches 31.3 cm2/(V?s) at x = 23.7%, y = 1.7% (TC = 319 K), which is much higher than the mobility of Ga1-xFexSb at x = 25.2% (μ = 6.2 cm2/(V?s)). Our results provide useful information for enhancing the magnetic anisotropy and hole mobility of (Ga,Fe)Sb by using Ni co-doping.
magnetic semiconductor molecular beam epitaxy Fe-Ni co-doping magnetic anisotropy hole mobility Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012101
1 喀什大学化学与环境科学学院新疆特色药食用植物资源化学实验室，新疆 喀什 844000
2 上海工程技术大学化学化工学院前沿医学技术研究院，上海 201620
采用共沉淀法制备了Bi2-xGa3.985O9∶1.5%Fe3+，xEu3+（BGO∶1.5%Fe3+，xEu3+，x=0~2%）长余辉纳米粒子（PLNP），详细研究了Eu3+掺杂浓度及煅烧温度对BGO∶1.5%Fe3+ PLNP晶体结构和光学性质的影响。结果显示，最佳的PLNP组成为Bi1.99Ga3.985O9∶1.5%Fe3+，1%Eu3+，属于莫来石晶体结构，发射峰处于798 nm，在900 ℃煅烧1 h时，可获得高纯度的BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP，其平均电子陷阱能级深度为0.676 eV。与Fe3+单掺杂BGO∶1.5%Fe3+ PLNP相比，Eu3+共掺杂BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP后，荧光寿命（τav）从13.77 s增大至15.56 s，余辉发光时间从3 h延长至8 h以上。由于共掺杂BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP中存在从Eu3+到Fe3+的能量传递，共掺杂PLNP的余辉强度增大，发光时间延长。制备了长波长发射、具有余辉发光性能的BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP，该材料在生物成像、疾病检测及生物传感等领域具有巨大的应用潜力。
材料 近红外发光 长余辉纳米粒子 共掺杂 镓酸铋
大连理工大学 化工学院, 精细化工国家重点实验室, 盘锦 124221
氧析出反应(OER)是电解水的关键反应, 但其动力学过程缓慢, 限制了电解水的快速发展。因此, 设计和构筑高效的OER催化剂对电解水至关重要。本研究以硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、尿素及Ti6C3.75为原料, 采用简单的一步水热法制备了片状Co2+离子掺杂的NiFe双金属氢氧化物偶联Ti6C3.75的(NiFeCo-LDH-Ti6C3.75)OER催化剂。NiFeCo-LDH-Ti6C3.75催化剂呈片状堆叠结构, 有利于暴露更多活性位点, 引入Co2+和Ti6C3.75可以降低Ni、Fe位点的电子密度。得益于此, NiFeCo-LDH-Ti6C3.75催化剂表现出优异的OER活性, 在20 mA·cm-2电流密度下的过电势仅为290 mV, 并且Tafel斜率低至87.84 mV·dec-1, 具有较快的反应动力学。并且其电荷转移电阻较低, 电荷转移速率较高。此外, NiFeCo-LDH-Ti6C3.75催化剂在20 mA·cm-2条件下经过6000圈加速老化测试后过电势仅增加约 7 mV, 表现出卓越的循环稳定性。
NiFe-LDH 钴掺杂 Ti6C3.75掺杂 NiFe-LDH Co doping Ti6C3.75 doping
太原科技大学 应用科学学院，山西省光场调控与融合应用技术创新中心，山西 太原 030024
元素掺杂对调节碳点多色发光有着至关重要的作用。然而，目前碳点的可调荧光发射在固态下难以实现，这是因为会发生严重的聚集诱导猝灭（AIQ）现象以及存在制备工艺繁琐等问题。本文报道了一种以间苯三酚为碳源、硼酸为硼元素掺杂剂、尿素为氮元素掺杂剂，采用固相法，微波一步直接制备的氮硼共掺杂固态荧光碳点。随着氮和硼元素含量的变化，所得固态碳点的发光颜色经历黄色、绿色到蓝色的变化。表征分析发现氮和硼元素的掺杂在碳点表面形成了不同的结构和表面官能团，随着氮和硼元素掺杂含量的提高，其中石墨氮、N—C以及B—O/B—N 基团的协同作用导致了碳点发光颜色蓝移，且荧光发光效率增强。此外，鉴于这些固体碳点材料呈现出优异的多色发光性能，选择发光性能最佳的黄色、绿色和蓝色固态荧光碳点作为固态荧光粉末，制备得到了白光发光二极管（WLED）器件。这些器件均具有优良的色度指标，暖白光区发光和个别器件节能高效的工作特性表明这些发光材料在照明领域具有潜在应用前景。
固态碳点 氮硼共掺杂 发光调控 发光二极管 solid-state CDots N and B co-doping luminescence regulation LED
贵州师范大学物理与电子科学学院, 贵阳 550025
为提高蓝绿色荧光粉的发光性能, 本文采用传统的高温固相法合成LaNbO4∶Dy3+及LaNbO4∶Dy3+,Ca2+荧光粉样品。通过测试样品的XRD、荧光光谱和CIE色度坐标, 研究Dy3+单掺, Dy3+、Ca2+共掺对LaNbO4荧光粉性能的影响。结果表明: LaNbO4∶Dy3+及LaNbO4∶Dy3+,Ca2+荧光粉的衍射峰都与标准卡衍射峰的位置相匹配。样品的激发光谱均由两个宽带激发峰和一系列尖锐激发峰组成, LaNbO4∶Dy3+和LaNbO4∶Dy3+,Ca2+样品的最强激发峰位分别是387和472 nm。在波长为387 nm激发下, 样品的最强发射峰值分别是575和477 nm。且当Dy3+掺杂浓度为0.05时, 样品发光强度最佳。当Dy3+和Ca2+共掺, 且Ca2+浓度为0.05时, 样品的发光性能最好。通过色卡坐标可以观察到在蓝绿色区域LaNbO4∶Dy3+,Ca2+比LaNbO4∶Dy3+的坐标更加集中, 由此可知Dy3+和Ca2+共掺LaNbO4发光效果更好, 发光性能更加稳定, 表明该荧光粉是一种可被紫外光激发并且光致发光性能稳定的蓝绿色荧光粉。
荧光粉 稀土铌酸盐 高温固相法 发光性能 共掺 蓝绿光 phosphor rare earth niobate high temperature solid state method luminescence property co-doping blue-green light
辽宁师范大学 物理与电子技术学院, 辽宁 大连 116029
采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%, N掺杂量分别为6.00at%, 7.00at%, 8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO2薄膜样品。对样品测试的结果表明, 共掺杂样品依旧保留了TiO2的基本结构, 并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小, 使样品表面得以修饰, 变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移, 在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时, (101)衍射峰值最大, 峰型最尖锐, 所得到的TiO2薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO2相比带隙值都有所减小, 且最小值为2.873eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO2薄膜使其光学性能得到了改善。
Al/N共掺杂 TiO2薄膜 光学性能 溶胶-凝胶法 Al/N co-doping TiO2 thin film optical properties sol-gel method
1 成都师范学院物理与工程技术学院，成都 611130
2 西华师范大学物理与空间科学学院，南充 637002
3 成都信息工程大学光电工程学院，成都 610225
4 四川大学水利水电学院，成都 610065
基于第一性原理的方法研究了本征α-Bi2O3、La掺杂、氧空位掺杂和共掺杂体系的电子结构与光学性质，以期获得性能比较优异的α-Bi2O3光催化材料。研究结果表明：掺杂后，体系结构变形较小，其中氧空位（VO）掺杂和La-VO共掺杂体系的禁带宽度价带和导带同时下移且在禁带中引入杂质能级，说明掺杂可以减小电子从价带激发到导带所需能量，有利于电子的跃迁。特别是相对于氧空位单掺杂，La-VO共掺杂使杂质能级向导带底靠近，这个倾向可能使该复合缺陷成为光生电子捕获中心的概率大于成为光生电子-空穴对复合中心的概率；同时，La-VO共掺杂导致导带底附近的能带弯曲的曲率增大即色散关系增强，从而降低了电子的有效质量，加速电子的运动，因此，La-VO共掺杂能大幅改善光生电子-空穴对的有效分离。另一方面La-VO共掺杂在显著扩展可见光吸收范围的同时，还极大地增强了可见光吸收强度。因此，La-VO共掺杂有效改善了α-Bi2O3的光催化活性。本研究为利用稀土离子掺杂改善其他光催化材料的性能提供了一个新的思路。
光催化材料 La-VO共掺杂 氧空位 电子结构 光学性质 第一性原理 α-Bi2O3 α-Bi2O3 photocatalytic material La-VO co-doping oxygen vacancy electronic structure optical property first-principle
利用高纯度的硼粉和硫粉，在1 300 ℃的高温真空环境下，通过扩散装置制备出硼(B)、硫(S)共掺杂单晶金刚石。扫描电子显微镜、X射线能谱、拉曼光谱等测试结果表明，随着两种元素的掺入，金刚石的形貌和晶体质量发生变化。掺杂后的金刚石形貌复杂，蚀坑和沟壑内部形貌呈阶梯状，随着掺杂量的增加出现断层，并在蚀坑处检测出较高的硼原子和硫原子含量，掺杂B-S质量比为0.5的金刚石蚀坑处的硼原子和硫原子含量最高。随着杂质原子的渗入，拉曼半峰全宽值增大，金刚石的晶体质量下降。室温下进行霍尔检测结果表明，掺杂后的金刚石电阻率降低。B-S质量比为1和2的样品导电类型表现为p型；B-S质量比为0.5时，样品的霍尔系数为负值，导电类型为n型。
金刚石 共掺杂 B-S质量比 表面形貌 晶体质量 霍尔测试 diamond co-doping B-S mass fraction surface morphology crystal quality Hall testing
1 安徽工业大学数理科学与工程学院, 马鞍山 243032
2 先进激光技术安徽省实验室, 合肥 230037
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230026
采用提拉法生长了2%Dy3+和1%Tb3+(原子数分数)共掺的钆钪铝石榴石激光晶体(Gd3Sc2Al3O12, GSAG)。研究了晶体(111)晶面的腐蚀缺陷形貌并对缺陷形成机理进行了解释, 讨论了晶体缺陷的特征形貌与晶体结构之间的关系。表征并计算了晶体(111)晶面的维氏硬度和莫氏硬度, 在0.2 kgf载荷和10 s保荷时间条件下, 晶体(111)面的维氏硬度为1 267 kg/mm2, 对应的莫氏硬度为7.3。研究结果对揭示混晶石榴石晶体中缺陷的成因和探索高品质晶体生长与加工工艺具有一定的参考价值。
钆钪铝石榴石晶体 提拉法 激光晶体 共掺 缺陷形貌 维氏硬度 Gd3Sc2Al3O12 Czochralski method laser crystal co-doping defect morphology Vickers hardness
1 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心，武汉 430081
2 中国科学院理化技术研究所，北京 100190
采用高温固相反应工艺制备n(Ca2+)/n(Co2+)(n为摩尔)共掺杂LaAlO3陶瓷，研究了n(Ca2+)/n(Co2+)掺杂比例对LaAlO3陶瓷［La1-xCaxAl0.8Co0.2O3，0.25≤n(Ca2+)/n(Co2+)≤2.00］红外辐射性能的影响，探讨了LaAlO3陶瓷发射率提高的机理。结果表明，n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂LaAlO3陶瓷具有钙钛矿结构。在0.76~2.50 μm波段，掺杂比例［0.25≤n(Ca2+)/n(Co2+)≤1.00］的增加有助于提升陶瓷的发射率，n(Ca2+)/n(Co2+)=1.00的陶瓷样品(La0.8Ca0.2Al0.8Co0.2O3)有最高的平均发射率(0.87)；在2.50~14.0 μm波段，所有n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂LaAlO3陶瓷的平均发射率普遍高于0.94。发射率提高的原因为：n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂强化了自由载流子吸收、杂质能级吸收和晶格振动吸收。这种高发射红外陶瓷材料有望在热工装备的节能应用领域发挥作用。
铝酸镧陶瓷 钙钴共掺杂 红外辐射性能 发射率 lanthanum aluminate ceramics calcium and cobalt co-doping infrared radiation property emissivity
