UV-irradiation-enhanced ferromagnetism in hexagonal CdS nanorods

本文主要探讨了通过紫外光照射能够显著增强六方CdS纳米棒的铁磁性质的研究。研究者发现，紫外光照射能够通过产生更多的晶格缺陷（Cd空位）来增强铁磁性质。围绕Cd空位的自旋电荷密度分布表明，总磁矩主要来源于围绕空位的四个最近邻的四面体S原子的3p轨道。Cd空位使得S原子的3p电子组态从六个电子（三个自旋向上和自旋向下的电子对）变为四个电子（一个自旋向上和自旋向下的电子对，两个自旋向上的单电子），在这种情况下发现局部磁矩与实验结果相符合。 半导体材料因其独特的物理性质，例如同时容纳电荷和自旋自由度，近年来一直是研究人员关注的焦点，特别是在自旋电子学领域。CdS作为II-VI族化合物半导体，在光电器件、光学检测器和非线性光学材料等方面有重要的应用。尽管已经有大量关于掺杂过渡金属（TM）的CdS稀磁半导体（DMSs）的磁性研究报告，但研究者发现掺杂后的DMSs存在过渡金属团聚或二次相的问题，这限制了它们的应用。目前一个有效避免这些问题的方法是超越磁性元素，例如，有研究表明紫外光照射可以提升BaTiO3的磁性，提出磁性的增强可能源于氧空位和Ti3+阳离子的增加。本研究对UV照射下六方CdS纳米棒的铁磁性进行了报道，探讨了UV照射对铁磁性的影响，展示了UV照射能够显著增强CdS的铁磁性。 稀磁半导体（DMSs）是近年来自旋电子学研究领域的热点之一，这类材料能够同时操控电荷和自旋，从而为自旋电子学器件的开发提供了一种可能。CdS作为一种重要的半导体材料，在光电子器件、光学传感器和非线性光学材料等方面有着广泛的应用。然而，掺杂过渡金属元素虽然能够引入磁性，但也带来了一些难以避免的问题，如过渡金属团聚和二次相的形成。这类问题的存在影响了DMSs的应用前景。 为了解决这些问题，研究人员开始探索不依赖于磁性元素的方法来提高材料的磁性。本文的研究成果表明，通过对CdS纳米棒施加紫外光照射，能够有效地引入晶格缺陷（如Cd空位），从而增强材料的铁磁性。这种增强的铁磁性是由S原子的电子组态变化引起的，即Cd空位使得原本具有六个电子的S原子3p轨道（三个自旋向上和自旋向下的电子对）变成了只有四个电子（一个自旋向上和自旋向下的电子对，两个自旋向上的单电子），这样的电子组态变化导致了局部磁矩的产生，与实验结果相一致。 此外，本研究还强调了紫外光照射对CdS纳米棒的铁磁性的影响，研究揭示了通过紫外光照射可显著提升CdS的铁磁性质，这为稀磁半导体材料的应用和自旋电子学器件的开发提供了新的思路。通过紫外光照射增强半导体的磁性质，将有助于未来自旋电子器件的发展，从而在微电子学领域推动技术进步和创新。这项研究不仅是对现有材料性质的一种改进，也为空间受限的磁性材料提供了新的设计思路。