نیمرسانای اکسید قلع با گاف نواری پهن، به دلیل داشتن خواص الکتریکی و اپتیکی مطلوب، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. آلایش آن با عناصر واسطه مغناطیسی، منجر به استفاده از آن در صنایع اسپینترونیک می شود. در این پایان نامه خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و اپتیکی اکسیدقلع خالص و آلاییده با کبالت، آهن و منگنز، با استفاده از کد محاسباتی wien2k، مورد بررسی قرار گرفته است، برای محاسبات، تقریب های gga و lda، برای ساختار خالص و از تقریب gga، برای ساختارهای آلاییده، استفاده گردید. با بررسی چگالی حالت های جزئی اکسید قلع مشخص شد که حالت های پیوندی از هیبریداسیون حالت های p2-o و s5-sn و همچنین از هیبریداسیون حالت های p2-o و p5-sn ایجاد می گردند. با بررسی چگالی حالت های جزئی اکسید قلع آلاییده با عناصر واسطه مشخص شد که بیش ترین سهم در چگالی حالت ها در نزدیکی تراز فرمی در نوار ظرفیت و نوار رسانش، مربوط به اوربیتال های d3-tm می باشد. آلایش عناصر مغناطیسی نشان داد که به ازای غلظت 5/12% کبالت و آهن، در حالتی که دو یون مغناطیسی در مجاورت هم قرار گرفته اند، فاز پایدار مغناطیسی، فرومغناطیس و در حالت منگنز، پادفرومغناطیس می باشد. همچنین مشخص شد که به ازای غلظت 5/12% آهن و منگنز، در حالتی که دو یون مغناطیسی نسبت به هم دور هستند، فاز پایدار مغناطیسی پادفرومغناطیس می باشد. در آلایش 25% به ازای هم? عناصر، فاز پایدار مغناطیسی فرومغناطیس می باشد. با بررسی نمودارهای طیف اپتیکی نمونه های sn1-xtmxo2 مشخص شد که با افزایش غلظت آلایش، شدت اولین قله در نمودارهای جذب افزایش می یابد ولی در مورد قله های بعدی، کاهش می یابد، همچنین با افزایش غلظت آلایش تا 5/12%، پدیده جابه جایی قرمز در نمودارهای جذب اپتیکی مربوط به ساختارهای sn1-xtmxo2 مشاهده شد و به ازای غلظت های بالاتر، بسته به نوع عنصر tm، جابه جایی قرمز یا جابه جایی آبی، مشاهده گردید.

هدف این پایان نامه، رشد و مشخصه یابی خواص مغناطیسی نانوساختارهای سه لایه‎ای co/cu/co می‎باشد. از میان روش های متعدد رشد چندلایه‏ای‏ها، لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی در خلأ انتخاب شد. به منظور بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی سه لایه‏ای‏ها، لایه‎هایی با ضخامت‎های مختلف مس و کبالت تهیه شدند. برای مطالعه ساختار از طیف پراش اشعه ایکس (xrd) استفاده و ریخت‎شناسی سطح نمونه‎ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (fesem) انجام شد. همچنین بررسی خواص مغناطیسی نمونه‎ها با دستگاه مغناطیس سنج نمونه مرتعش (vsm) و مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها به روش ون در پاو اندازه‎گیری شد. در نهایت برای محاسبه ناهمسانگردی مغناطیسی از قانون نزدیکی به اشباع استفاده شد. در طیف پراش اشعه ایکس مربوط به این نمونه‏ها قله پراش (111) ساختار مکعبی مرکز وجهی کبالت مشاهده شد. تصاویر fesemنمونه‎ها نشان داد که در نمونه‏های با ضخامت لایه مس ثابت، با افزایش ضخامت لایه کبالت ریخت شناسی سطح نمونه‏ها تغییر چندانی نمی‎کند و تمام نمونه‏ها دارای سطحی با دانه‏بندی یکنواخت متراکم و منسجم هستند. در سطح نمونه‎های با ضخامت لایه کبالت ثابت، با افزایش ضخامت لایه غیر مغناطیسی مس ابتدا ابعاد دانه‏ها افزایش، سپس با افزایش بیشتر ضخامت لایه مس ابعاد دانه‏ها کاهش پیدا کرد. نتایج اندازه‏گیری پسماند مغناطیسی لایه‏ها بیانگر این است که محور آسان نمونه‎ها در صفحه لایه قرار دارد. همچنین افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت افزایش مغناطیش اشباع و باقیمانده را به همراه داشت. در حالیکه، با افزایش ضخامت لایه جداساز مس، این مقادیر تغییر چندانی نمی‏کند. اندازه‎گیری‎های مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها نشان داد که با افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت مقادیر مقاومت مغناطیسی کاهش می‎یابد. همچنین با افزایش ضخامت لایه میانی و غیر مغناطیسی مس نیز باعث کاهش مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها می‎شود. نتایج حاصل از محاسبات قانون نزدیکی به اشباع نشان داد که با افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت، مقادیر ثابت ناهمسانگردی افزایش می‏یابد، این در حالی است که با افزایش ضخامت لایه غیر مغناطیسی و میانی مس مقادیر ثابت ناهمسانگردی ابتدا افزایش و سپس کاهش می‏یابند.

در این تحقیق تجربی ابتدا نانوذرات اکسید قلع خالص و آلاییده با بورون به روش سل- ژل تهیه شدند و سپس خواص ساختاری آن ها و همچنین کارایی حسگرهای گازی ساخته شده بر پایه این نانوذرات در حضور گازهای اتانول و متانول مورد بررسی قرار گرفتند. برای بررسی خواص ساختاری نمونه ها از اندازه گیری های پراش پرتو ایکس (xrd)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی اثر میدانی (fesem) استفاده شد. طیف xrd نمونه های خالص وآلاییده، تشکیل ساختار روتایل چهارگوشی اکسید قلع را تایید نمود. نتایج حاصل از بررسی این طیف ها نشان دادند اندازه بلورک ها در نمونه های آلاییده در مقایسه با نمونه خالص کاهش یافته است. اندازه بلورک ها در محدوده nm 13-7 بدست آمد. همچنین تصاویر fesem نمونه ها تشکیل ساختاری شامل دانه هایی در ابعاد نانو و سطحی با تخلخل قابل توجه بود. نتایج بررسی عملکرد حسگری نمونه ها نشان داد که حساسیت حسگر در حضور غلظت های مختلف گاز، برای نمونه آلاییده با %wt 2 بورون از بیشترین مقدار برخوردار است. میزان حساسیت این نمونه در حضور ppm 2000 اتانول و متانول به ترتیب %95 و %86 بود. دمای کار بهینه برای این نمونه در حضور گازهای اتانول و متانول نیز به ترتیب حدود °c190 و °c250 بدست آمد.