Recent efforts in developing spintronic and magneto-optoelectric material for applications have relied on the use of magnetic semiconductors doped with transition metals and have met with limited success. Using a fresh synthesis approach using alkali ions we demonstrate that alkali doped zinc oxide can provide high temperature magnetic semiconductors. We report studies on nanocrystalline powder and pellets of p-type ZnO:Li and ZnO:Na that exhibit ferromagnetism up to 554 K. The ferromagnetic behavior was confirmed from magnetic hysteresis, ferromagnetic resonance, magnetic force microscopy, and explained by a model where substitutional Li+/Na+ in cation site induce local magnetic moments on oxygen atoms. Optimum dopant concentrations enable ferromagnetic exchange interaction leading to high Curie temperature.

1.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
,
J.
Cibert
, and
D.
Ferrand
,
Science
287
,
1019
(
2000
).
2.
S. J.
Potashnik
,
K. C.
Ku
,
S. H.
Chun
,
J. J.
Berry
,
N.
Samarth
, and
P.
Schiffer
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
1495
(
2001
).
3.
M.
Venkatesan
,
C. B.
Fitzgerald
, and
J. M. D.
Coey
,
Nature (London)
430
,
630
(
2004
).
4.
A.
Sundareshan
R.
Bhargavi
,
N.
Rangarajan
,
U.
Siddesh
, and
C. N. R.
Rao
,
Phys. Rev. B
74
,
161306
(
2006
).
5.
U.
Ozgur
,
U.
Ozgur
,
Ya. I.
Alivov
,
C.
Liu
,
A
.
Teke
,
M. A.
Reshchikov
,
S.
Dogan
,
V.
Avrutin
,
S.-J.
Cho
, and
H.
Morkoc
,
J. Appl. Phys.
98
,
041301
(
2005
) and references therein;
I. A.
Buyonova
 et al,
J. Vac, Sci. Technol. B
24
,
259
(
2006
);
S. A.
Chambers
,
Mater. Today
5
,
34
(
2002
);
H.
Ohno
 et al,
JSAP Int.
5
,
4
(
2002
).
6.
S. J.
Pearton
,
C. R.
Abernathy
,
M. E.
Overberg
,
G. T.
Thaler
,
D. P.
Norton
,
N.
Theodoropoulou
,
A. F.
Hebard
,
Y. D.
Park
,
F.
Ren
,
J.
Kim
, and
L. A.
Boatner
,
J. Appl. Phys.
93
,
1
(
2003
).
7.
J. M. D.
Coey
,
M.
Venkatesan
, and
C. B.
Fitzgerald
,
Nature Mater.
4
,
173
(
2005
).
8.
P.
Sharma
,
A.
Gupta
,
K. V.
Rao
,
F. J.
Owens
,
R.
Sharma
,
R.
Ahuja
,
J. M. O.
Guillen
,
B.
Johansson
, and
G. A.
Gehring
,
Nature (London)
2
,
673
(
2003
).
9.
J.
Philip
,
A.
Punnoose
,
B. I.
Kim
,
K. M.
Reddy
,
S.
Layne
,
J. O.
Holmes
,
B.
Satpati
,
P. R.
LeClair
, and
T. S.
Santos
,
Nature Mater.
5
,
298
(
2006
).
10.
H.
Pan
,
J. B.
Yi
,
L.
Shen
,
R. Q.
Wu
,
J. H.
Yang
,
J. Y.
Lin
,
Y. P.
Feng
,
J.
Ding
,
L. H.
Van
, and
J. H.
Yin
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
127201
(
2007
).
11.
P. A.
Stampe
,
R. J.
Kennedy
,
Y.
Xin
, and
J. S.
Parker
,
J. Appl. Phys.
92
,
7114
(
2002
).
12.
S. A.
Chambers
,
T.
Droubay
,
C. M.
Wang
,
A. S.
Lea
,
R. F. C.
Farrow
,
L.
Folks
,
V.
Deline
, and
S.
Anders
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1257
(
2003
).
13.
J. H.
Kim
,
H.
Kim
,
D.
Kim
,
Y. E.
Ihm
, and
W. K.
Choo
,
J. Appl. Phys.
92
,
6066
(
2002
).
14.
M. H. F.
Sluiter
,
Y.
Kawazoe
,
P.
Sharma
,
A.
Inoue
,
A. R.
Raju
,
C.
Rout
, and
U. V.
Waghmare
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
187204
(
2005
).
15.
S.
Chawla
,
K.
Jayanthi
, and
R.
Kotnala
,
Phys. Rev. B
79
,
125204
(
2009
).
16.
Y. J.
Zeng
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
062107
(
2006
).
17.
X. H.
Wang
,
Z. Z.
Ye
,
W. Z.
Xu
,
D. Y.
Li
,
J. G.
Lu
,
L. P.
Zhu
, and
B. H.
Zhao
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
39
,
4568
(
2006
).
18.
J.
Sann
,
A.
Hofstaetter
,
D.
Pfisterer
,
J.
Stehr
, and
B. K.
Meyer
,
Phys. Status Solidi C
3
,
952
(
2006
).
19.
B. K.
Meyer
,
A.
Hofstaetter
, and
V. V.
Laguta
,
Physica B
376–377
,
682
(
2006
).
20.
G.
Bouzerar
and
T.
Ziman
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
207602
(
2006
).
21.
N. S.
Norberg
,
K. R.
Kittilstved
,
J. E.
Amonette
,
R. K.
Kukkadapu
,
D. A.
Schwartz
, and
D. R.
Gamelin
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
9387
(
2004
).
22.
V.
Castel
,
J. B.
Youssef
, and
C.
Brosseau
,
J. Nanomater.
, Special Issue 1,
2007
(
2007
).
23.
M.
Rubinstein
,
A.
Hanbicki
,
P.
Lubitz
,
M.
Osofsky
,
J. J.
Krebs
, and
B.
Jonker
,
J. Magn. Magn. Mater.
250
,
164
(
2002
).
24.
H. C.
Jeon
,
Y. S.
Jeong
,
T. W.
Kang
,
T. W.
Kim
,
K. J.
Chung
,
K. J.
Chung
,
W.
Jhe
, and
S. A.
Song
,
Adv. Mater.
14
,
1725
(
2002
).
25.
M.
Diaconu
,
H.
Schmidt
,
H.
Hochmuth
,
M.
Lorenz
,
G.
Benndorf
,
J.
Lenzner
,
D.
Spemann
,
A.
Setzer
,
K. -W.
Nielsen
,
P.
Esquinazi
, and
M.
Grundmann
,
Thin Solid Films
486
,
117
(
2005
).
26.
J.
Kudrnovsky
,
I.
Turek
,
V.
Drchal
,
F.
Maca
,
P.
Weinberger
, and
P.
Bruno
,
Phys. Rev. B
69
,
115208
(
2004
).
27.
I. S.
Elfimov
,
S.
Yunoki
, and
G. A.
Sawatzky
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
216403
(
2002
).
You do not currently have access to this content.