中文摘要：

兼有电荷和自旋两种特性的稀磁半导体，将成为新一代的信息处理和存储、量子计算和量子通讯等领域的重要材料。制备出常温居里温度的稀磁半导体和确定Mn及其它掺入元素对稀半导体的电学和磁学性质的影响规律，是当前需要解决的首要问题。本项目拟用分子束外延、离子束注入、磁控共溅射方法制备不同Mn分布形式的Mn-Ge模型样品和生长高居里温度的Mn(Co)-Ge、Mn(Co)-GeSi稀磁半导体。利用具有元素特征的同步辐射磁性圆二色谱(XMCD)和荧光X射线吸收谱(XAFS)等方法分别研究Mn(Co)-Ge(Si)稀磁半导体中Mn、Ge、Co的原子结构、电子结构，及Mn和Co的电子自旋状态，了解替位Mn、间隙Mn、Mn团簇、MnGe化合物与其稀磁半导体居里温度的关系，明确其电磁性受生长条件、退火温度等因素的影响，认识Co对提高其铁磁相稳定性的作用。为制备高居里温度的IV族稀磁半导体提供理论和实验依琚。

结论摘要：

利用XAFS、XRD、SQUID技术结合密度泛函理论(DFT)计算,研究了掺Mn、Co、Fe的Ge、Si、GaN、ZnO、NiO基稀磁半导体(DMS)材料的结构和磁性及其相互关系,重点探讨了不同DMS材料铁磁性的微观起因。对Mn:Ge和Mn:Si体系的研究表明,在很低的Mn掺杂浓度下,替位式Mn可以存在于Ge晶格中,但难以存在于Si中。研究了Mn:GaN薄膜中Mn的占据位置随浓度的变化,首次发现在一定的的Mn掺杂浓度下,相当一部分替位Mn和间隙Mn离子形成二聚体，DFT计算发现这些二聚体具有非常独特的性质。发现在具有室温铁磁性的Mn:ZnO中共掺杂N能显著提高体系的饱和磁矩,这是由于N原子使Mn-Mn间磁性相互作用从反铁磁性转变为铁磁性。证实Co:ZnO体系在不存在其它杂质、缺陷和团簇的条件下为本征顺磁性的。发现激光脉冲沉积方法制备的具有室温铁磁性的Co:ZnO薄膜中,替代位Co离子并非如普遍认为的那样均匀分布在晶格中,而是通过中心氧原子聚集在一起,使体系在极低的Co浓度 (0.5%)下也能表现出铁磁性。此外还研究了Ge-Si合金的结构扭曲和Ge纳米晶的形成机理。