Crystallization and Magnetic Properties of Iron Doped ZnO Diluted Magnetic Semicondutor

$Zn_{1-x}\;^{57}Fe_xO(x=0.01, 0.02, 0.03)$ compounds were fabricated using the solid-state reaction method. In order to determine magnetic behavior and ionic state of the doped transition metal ($^{57}Fe$) in ZnO, we carried out $M\ddot{o}ssbauer$ measurements at various temperatures ranging from 13 to 295 K. $M\ddot{o}ssbauer$spectra for $Zn_{0.97}\;^{57}Fe_{0.03}O$ at 4.2 K have shown the ferromagnetic phase (sextet), but the only paramagnetic phase (doublet) is seen at 295 K. The hysteresis loop below 77 K for $Zn_{0.97}\;^{57}Fe_{0.03}O$ indicated the coexistence of ferromagnetic and paramagnetic phases.

철을 미량 치환한 ZnO 희박자성반도체의 결정학적 및 자기적 특성 연구

희박자성반도체 물질인 ZnO 산화물 반도체에 $^{57}Fe$를 미량 치환한 $Zn_{1-x}\;^{57}Fe_xO(X=0.01, 0.02, 0.03)$ 물질을 전통적인 고상반응법에 의하여 물질을 합성하였다. 이렇게 합성된 희박자성반도체 물질의 결정학적 및 자기적 특성을 x-선 회절(XRD), 진동시료 자화 측정 (VSM), $M\ddot{o}ssbauer$분광 실험을 통하여 연구하였다. $ZnFe_2O_4$의 스피넬 페라이트에 해당하는 이차상 생성을 진공열처리를 통하여 제거하였으며, 결정구조는 격자상수 ${\alpha}_o=3.252{\AA},\;c_o=5.205{\AA}$를 갖는 단일상의 wurzite hexagonal 구조로 결정하였다. 77 K에서의 VSM 측정결과 상자성상과 강자성상이 공존하는 결과를 확인할 수 있었으며, Fe의 치환량이 증가할수록 강자성상이 증가하는 것을 알 수 있었다. 뫼스바우어 측정 결과 4.2 K에서 강자성상에 해당하는 공명흡수선이 존재하였으며, 상온에서는 상자성에 해당하는 2개의 공명흡수선만이 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 VSM 결과와 잘 일치하였다.