We report the correlated ferromagnetism and photoluminescence in undoped single-crystalline ZnO nanowires synthesized by using a vapor transport method. We systematically tune the oxygen deficiency in the ZnO nanowires from 4% to 20% by adjusting the growth conditions, i.e., selecting different catalyst (Au or Ag) and varying the growth temperature. Our study suggests that oxygen vacancies induce characteristic photoluminescence and significantly boost the room-temperature ferromagnetism. Such undoped ZnO nanowires with tunable magnetic and optical properties are promising to find applications in multifunctional spintronic and photonic nanodevices.
REFERENCES
1.
I.
Žutić
, J.
Fabian
, and S.
Das Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
).2.
Ü.
Özgür
, Y. I.
Alivov
, C.
Liu
, A.
Teke
, M. A.
Reshchikov
, S.
Dogan
, V.
Avrutin
, S. J.
Cho
, and H.
Morko
, J. Appl. Phys.
98
, 041301
(2005
).3.
K.
Ando
, H.
Saito
, Z.
Jin
, T.
Fukumura
, M.
Kawasaki
, Y.
Matsumoto
, and H.
Koinuma
, J. Appl. Phys.
89
, 7284
(2001
).4.
A.
Walsh
, J. L. F.
Da Silva
, and S. H.
Wei
, Phys. Rev. Lett.
100
, 256401
(2008
).5.
G. Z.
Xing
, J. B.
Yi
, J. G.
Tao
, T.
Liu
, L. M.
Wong
, Z.
Zhang
, G. P.
Li
, S. J.
Wang
, J.
Ding
, T. C.
Sum
, C. H. A.
Huan
, and T.
Wu
, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
20
, 3521
(2008
).6.
S.
Banerjee
, M.
Mandal
, N.
Gayathri
, and M.
Sardar
, Appl. Phys. Lett.
91
, 182501
(2007
).7.
Q.
Xu
, H.
Schmidt
, S.
Zhou
, K.
Potzger
, M.
Helm
, H.
Hochmuth
, M.
Lorenz
, A.
Setzer
, P.
Esquinazi
, C.
Meinecke
, and M.
Grundmann
, Appl. Phys. Lett.
92
, 082508
(2008
).8.
K.
Potzger
, Z.
Shengqiang
, J.
Grenzer
, M.
Helm
, and J.
Fassbender
, Appl. Phys. Lett.
92
, 182504
(2008
).9.
M. A.
Garcia
, J. M.
Merino
, E. F.
Pinel
, A.
Quesada
, J.
de la Venta
, M. L. R.
Gonzalez
, G. R.
Castro
, P.
Crespo
, J.
Llopis
, J. M.
Gonzalez-Calbet
, and A.
Hernando
, Nano Lett.
7
, 1489
(2007
).10.
Z.
Zhang
, Y. H.
Sun
, Y. G.
Zhao
, G. P.
Li
, and T.
Wu
, Appl. Phys. Lett.
92
, 103113
(2008
).11.
Z.
Zhang
, L. M.
Wong
, H. G.
Ong
, X. J.
Wang
, J. L.
Wang
, S. J.
Wang
, H. Y.
Chen
, and T.
Wu
, Nano Lett.
8
, 3205
(2008
).12.
T.
Chen
, G. Z.
Xing
, Z.
Zhang
, H. Y.
Chen
, and T.
Wu
, Nanotechnology
19
, 435711
(2008
).13.
G. Z.
Xing
, J. B.
Yi
, D. D.
Wang
, L.
Liao
, T.
Yu
, Z. X.
Shen
, C. H. A.
Huan
, T. C.
Sum
, J.
Ding
, and T.
Wu
, Phys. Rev. B
79
, 174406
(2009
).14.
L. J.
Meng
, C. P.
Moreira
, and M. P. d.
Santos
, Appl. Surf. Sci.
78
, 57
(1994
).15.
S.
Lany
and A.
Zunger
, Phys. Rev. Lett.
98
, 045501
(2007
).16.
A. B.
Djurišić
, and Y. H.
Leung
, Small
2
, 944
(2006
).17.
D. C.
Reynolds
, D. C.
Look
, and B.
Jogai
, J. Appl. Phys.
89
, 6189
(2001
).18.
H.
Hori
, Y.
Yamamoto
, T.
Iwamoto
, T.
Miura
, T.
Teranishi
, and M.
Miyake
, Phys. Rev. B
69
, 174411
(2004
).19.
L.
Suber
, D.
Fiorani
, G.
Scavia
, P.
Imperatori
, and W. R.
Plunkett
, Chem. Mater.
19
, 1509
(2007
).20.
N. H.
Hong
, J.
Sakai
, N.
Poirot
, and V.
Brize
, Phys. Rev. B
73
, 132404
(2006
).21.
A.
Sundaresan
, R.
Bhargavi
, N.
Rangarajan
, U.
Siddesh
, and C. N. R.
Rao
, Phys. Rev. B
74
, 161306
(R) (2006
).22.
J. M. D.
Coey
, Solid State Sci.
7
, 660
(2005
).23.
J. M. D.
Coey
, M.
Venkatesan
, and C. B.
Fitzgerald
, Nature Mater.
4
, 173
(2005
).24.
I. S.
Elfimov
, S.
Yunoki
, and G. A.
Sawatzky
, Phys. Rev. Lett.
89
, 216403
(2002
).25.
J. A.
Chan
, S.
Lany
, and A.
Zunger
, Phys. Rev. Lett.
103
, 016404
(2009
).26.
F.
Oba
, S. R.
Nishitani
, S.
Isotani
, H.
Adachi
, and I.
Tanaka
, J. Appl. Phys.
90
, 824
(2001
).27.
F.
Oba
, A.
Togo
, I.
Tanaka
, J.
Paier
, and G.
Kresse
, Phys. Rev. B
77
, 245202
(2008
).© 2010 American Institute of Physics.
2010
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
