Well-aligned ZnO nanorods were prepared by the vapor phase transport method on Si covered with a ZnO buffer layer. After the nanostructure growth, Cu was doped into the ZnO nanorods by diffusion at three different temperatures and for different times. Undoped and Cu diffusion-doped ZnO samples are highly textured, with the c axis of the wurtzite structure along the growth direction. The incorporation of Cu caused some slight changes in the nanorod alignment, although the wurtzite crystal structure was maintained. X-ray photoelectron spectroscopy measurements revealed that Cu ions were in a divalent state and substituted for the Zn2+ ions of the ZnO matrix. Photoluminescence results at 10 K indicate that the incorporation of copper leads to a relative increase of Cu-related structured green band deep level intensity. Magnetic measurements revealed that both undoped and Cu diffusion-doped ZnO samples exhibited room temperature ferromagnetism. It was also found that bound magnetic polarons play an important role in the appearance of room temperature ferromagnetism in Cu diffusion-doped ZnO nanorods.

1.
M. S.
Arnold
,
P.
Avouris
,
Z. W.
Pan
, and
Z. L.
Wang
,
J. Phys. Chem. B
107
,
659
(
2003
).
2.
M. H.
Huang
,
S.
Mao
,
H.
Feick
,
H.
Yan
,
Y.
Wu
,
H.
Kind
,
E.
Weber
,
R.
Russo
, and
P.
Yang
,
Science
292
,
1897
(
2001
).
3.
X.
Wang
,
J.
Song
,
J.
Liu
, and
Z. L.
Wang
,
Science
316
,
102
(
2007
).
4.
C. H.
Liu
,
J. A.
Zapien
,
Y.
Yao
,
X. M.
Meng
,
C. S.
Lee
,
S. S.
Fan
,
Y.
Lifshitz
, and
S. T.
Lee
,
Adv. Mater.
15
,
838
(
2003
).
5.
J.-J.
Wu
,
S.-C.
Liu
, and
M.-H.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
062504
(
2007
).
6.
F.
Pan
,
C.
Song
,
X. J.
Liu
,
Y. C.
Yang
, and
F.
Zeng
,
Mater. Sci. Eng. R
62
,
1
(
2008
).
7.
J. K.
Furdyna
,
J. Appl. Phys.
64
,
R29
(
1988
).
8.
S. J.
Pearton
,
W. H.
Heo
,
M.
Ivill
,
D. P.
Norton
, and
T.
Steiner
,
Semicond. Sci. Technol.
19
,
R59
(
2004
).
9.
Y. X.
Wang
,
H.
Liu
,
Z. Q.
Li
,
X. X.
Zhang
,
R. K.
Zheng
, and
S. P.
Ringer
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
042511
(
2006
).
10.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
,
F.
Matsukura
,
J.
Cibert
, and
D.
Ferrand
,
Science
287
,
1019
(
2000
).
11.
K.
Sato
and
H.
Katayama-Yoshida
,
Jpn. J. Appl. Phys.
, Part 2
39
,
L555
(
2000
).
12.
K.
Ueda
,
H.
Tabata
, and
T.
Kawai
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
988
(
2001
).
13.
Z.
Jin
,
T.
Fukumura
,
M.
Kawasaki
,
K.
Ando
,
H.
Saito
,
T.
Sekiguchi
,
Y. Z.
Yoo
,
M.
Murakami
,
Y.
Matsumoto
,
T.
Hasegawa
, and
H.
Koinuma
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3824
(
2001
).
14.
J. M. D.
Coey
,
A. P.
Douvalis
,
C. B.
Fitzgerald
, and
M.
Venkatesan
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
1332
(
2004
).
15.
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.
20
,
3521
(
2008
).
16.
A.
Wang
,
B.
Zhang
,
X.
Wang
,
N.
Yao
,
Z.
Gao
,
Y.
Ma
,
L.
Zhang
, and
H.
Ma
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
41
,
215308
(
2008
).
17.
T.-L.
Phan
,
S. C.
Yu
,
R.
Vincent
,
H. M.
Bui
,
T. D.
Thanh
,
V. D.
Lam
, and
Y. P.
Lee
,
J. Appl. Phys.
108
,
044910
(
2010
).
18.
D. B.
Buchholz
,
R. P. H.
Chang
,
J. H.
Song
, and
J. B.
Ketterson
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
082504
(
2005
).
19.
L. H.
Ye
,
A. J.
Freeman
, and
B.
Delley
,
Phys. Rev. B
73
,
33203
(
2006
).
20.
L. M.
Huang
,
A. L.
Rosa
, and
R.
Ahuja
,
Phys. Rev. B
74
,
75206
(
2006
).
21.
D.
Chakraborti
,
J.
Narayan
, and
J. T.
Prater
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
062504
(
2007
).
22.
C.
Sudakar
,
J. S.
Thakur
,
G.
Lawes
,
R.
Naik
, and
V. M.
Naik
,
Phys. Rev. B
75
,
054423
(
2007
).
23.
Q. Y.
Xu
,
H.
Schmidt
,
S. Q.
Zhou
,
K.
Potzger
,
M.
Helm
,
H.
Hochmuth
,
M.
Lorenz
,
A.
Setzer
,
P.
Esquinazi
,
C.
Meinecke
, and
M.
Grundmann
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
082508
(
2008
).
24.
T. S.
Herng
,
S. P.
Lau
,
S. F.
Yu
,
H. Y.
Yang
,
L.
Wang
,
M.
Tanemura
, and
J. S.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
032509
(
2007
).
25.
J. J.
Liu
,
M. H.
Yu
, and
W. L.
Zhou
,
J. Appl. Phys.
99
,
08M119
(
2006
).
26.
Y.
Zuo
,
S.
Ge
,
Z.
Chen
,
L.
Zhang
,
X.
Zhou
, and
S.
Yan
,
J. Alloy Compd.
470
,
47
(
2009
).
27.
K.-H.
Zheng
,
Z.
Liu
,
J.
Liu
,
L.-J.
Hu
,
D.-W.
Wang
,
C.-Y.
Chen
, and
L.-F.
Sun
,
Chin. Phys. B
19
,
026101
(
2010
).
28.
L.W.
Yang
,
W. L.
Wu
,
T.
Qiu
,
G. G.
Siu
, and
P. K.
Chu
,
J. Appl. Phys.
99
,
074303
(
2006
).
29.
Y. Q.
Chang
,
D. B.
Wang
,
X. H.
Luo
,
X. Y.
Xu
,
X. H.
Chen
,
L.
Li
,
C. P.
Chen
,
R. M.
Wang
,
J.
Xu
, and
D. P.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4020
(
2003
).
30.
C. X.
Xu
,
X. W.
Sun
, and
B. J.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
1540
(
2004
).
31.
M.
Biswas
,
E.
McGlynn
,
M. O.
Henry
,
M.
McCann
, and
A.
Rafferty
,
J. Appl. Phys.
105
,
094306
(
2009
).
32.
D.
Byrne
,
E.
McGlynn
,
K.
Kumar
,
M.
Biswas
,
M. O.
Henry
, and
G.
Hughes
,
Cryst. Growth Des.
10
,
2400
(
2010
).
33.
L. E.
Greene
,
M.
Law
,
D. H.
Tan
,
M.
Montano
,
J.
Goldberger
,
G.
Somorjai
, and
P.
Yang
,
Nano Lett.
5
,
1231
(
2005
).
34.
L. L.
Yang
,
Q. X.
Zhao
, and
M.
Willander
,
J. Alloy Compd.
469
,
623
(
2009
).
35.
Ü.
Özgür
,
Y. I.
Alivov
,
C.
Liu
,
A.
Teke
,
M. A.
Reshchikov
,
S.
Doğan
,
V.
Avrutin
,
S.-J.
Cho
, and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
98
,
041301
(
2005
).
36.
B.-H.
Hwang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
34
,
2469
(
2001
).
37.
X. B.
Wang
,
C.
Song
,
K. W.
Geng
,
F.
Zeng
, and
F.
Pan
,
Appl. Surf. Sci.
253
,
6905
(
2007
).
38.
L.
Yanmei
,
W.
Tao
,
S.
Xia
,
F.
Qingqing
,
L.
Qingrong
,
S.
Xueping
, and
S.
Zaoqi
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
6540
(
2011
).
39.
E.
McCarthy
,
R. T. R.
Kumar
,
B.
Doggett
,
S.
Chakrabarti
,
R. J.
O’Haire
,
S. B.
Newcomb
,
J.-P.
Mosnier
,
M. O.
Henry
, and
E.
McGlynn
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
44
,
375401
(
2011
).
40.
Y. Y.
Peter
and
M.
Cardona
,
Fundamentals of Semiconductors: Physics and Material Properties
(
Springer
,
Berlin
,
2001
).
41.
X.
Wang
,
J. B.
Xu
,
W. Y.
Cheung
,
J.
An
, and
N.
Ke
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
212502
(
2007
).
42.
D.
Chakraborti
,
G. R.
Trichy
,
J. T.
Prater
, and
J.
Narayan
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
40
,
7606
(
2007
).
43.
J.-B.
Lee
,
H.-J.
Lee
,
S.-H.
Seo
, and
J.-S.
Park
,
Thin Solid Films
398
,
641
(
2001
).
44.
J.
Qi
,
D.
Gao
,
L.
Zhang
, and
Y.
Yang
,
Appl. Surf. Sci.
256
,
2507
(
2010
).
45.
B. K.
Meyer
,
H.
Alves
,
D. M.
Hofmann
,
W.
Kriegseis
,
D.
Forster
,
F.
Bertram
,
J.
Christen
,
A.
Hoffmann
,
M.
Straßburg
,
M.
Dworzak
,
U.
Haboeck
, and
A. V.
Rodina
,
Phys. Status Solidi B
241
,
231
(
2004
).
46.
Ü.
Özgür
,
Y. 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
).
47.
D. C.
Look
,
G. C.
Farlow
,
P.
Reunchan
,
S.
Limpijumnong
,
S. B.
Zhang
, and
K.
Nordlund
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
225502
(
2005
).
48.
Y.
Liu
,
H.
Liang
,
L.
Xu
,
J.
Zhao
,
J.
Bian
,
Y.
Luo
,
Y.
Liu
,
W.
Li
,
G.
Wu
, and
G.
Du
,
J. Appl. Phys.
108
,
113507
(
2010
).
49.
R.
Dingle
,
Phys. Rev. Lett.
23
,
579
(
1969
).
50.
H. J.
Xu
,
H. C.
Zhu
,
X. D.
Shan
,
Y. X.
Liu
,
J. Y.
Gao
,
X. Z.
Zhang
,
J. M.
Zhang
,
P. W.
Wang
,
Y. M.
Hou
, and
D. P.
Yu
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
016002
(
2010
).
51.
J.
Goldberger
,
D. J.
Sirbuly
,
M.
Law
, and
P.
Yang
,
J. Phys. Chem. B
109
,
9
(
2005
).
52.
K.
Potzger
and
S.
Zhou
,
Phys. Status Solidi B
246
,
1147
(
2009
).
53.
A.
Ney
,
K.
Ollefs
,
S.
Ye
,
T.
Kammermeier
,
V.
Ney
,
T. C.
Kaspar
,
S. A.
Chambers
,
F.
Wilhelm
, and
A.
Rogalev
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
157201
(
2008
).
54.
T. C.
Droubay
,
D. J.
Keavney
,
T. C.
Kaspar
,
S. M.
Heald
,
C. M.
Wang
,
C. A.
Johnson
,
K. M.
Whitaker
,
D. R.
Gamelin
, and
S. A.
Chambers
,
Phys. Rev. B
79
,
155203
(
2009
).
55.
A.
Barla
,
G.
Schmerber
,
E.
Beaurepaire
,
A.
Dinia
,
H.
Bieber
,
S.
Colis
,
F.
Scheurer
,
J.-P.
Kappler
,
P.
Imperia
,
F.
Nolting
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
D.
Müller
, and
J. J.
Grob
,
Phys. Rev. B
76
,
125201
(
2007
).
56.
T.
Tietze
,
M.
Gacic
,
G.
Schütz
,
G.
Jakob
,
S.
Brück
, and
E.
Goering
,
New J. Phys.
10
,
055009
(
2008
).
57.
S.
Kumar
,
B. H.
Koo
,
C. G.
Lee
,
S.
Gautam
,
K. H.
Chae
,
S. K.
Sharma
, and
M.
Knobel
,
Funct. Mater. Lett.
4
,
17
(
2011
).
58.
J. M. D.
Coey
,
Solid State Sci.
7
,
660
(
2005
).
59.
M. S.
Park
and
B. I.
Min
,
Phys. Rev. B
68
,
224436
(
2003
).
60.
C.-R.
Cho
,
J.-Y.
Hwang
,
J.-P.
Kim
,
S.-Y.
Jeong
,
M.-S.
Jang
,
W.-J.
Lee
, and
D.-H.
Kim
,
Jpn. J. Appl. Phys.
43
,
L1383
(
2004
).
61.
K.
Samanta
,
P.
Bhattacharya
, and
R. S.
Katiyar
,
J. Appl. Phys.
105
,
113929
(
2009
).
62.
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
).
63.
L. W.
Guo
,
D. L.
Peng
,
H.
Makino
,
K.
Inaba
,
H. J.
Ko
,
K.
Sumiyama
, and
T.
Yao
,
J. Magn. Magn. Mater.
213
,
321
(
2000
).
64.
J. M. D.
Coey
,
M.
Venkatesan
, and
C. B.
Fitzgerald
,
Nature Mater.
4
,
173
(
2005
).
65.
H. S.
Hsu
,
J. C. A.
Huang
,
Y. H.
Huang
,
Y. F.
Liao
,
M. Z.
Lin
,
C. H.
Lee
,
J. F.
Lee
,
S. F.
Chen
,
L. Y.
Lai
, and
C. P.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
242507
(
2006
).
66.
H.
Liu
,
X.
Zhang
,
L.
Li
,
Y. X.
Wang
,
K. H.
Gao
,
Z. Q.
Li
,
R. K.
Zheng
,
S. P.
Ringer
,
B.
Zhang
, and
X. X.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
072511
(
2007
).
67.
Y.
Liu
,
J.
Yang
,
Q.
Guan
,
L.
Yang
,
Y.
Zhang
,
Y.
Wang
,
B.
Feng
,
J.
Cao
,
X.
Liu
,
Y.
Yang
, and
M.
Wei
,
J. Alloy. Compd.
486
,
835
(
2009
).
68.
V. B.
Kopylov
and
E. V.
Sergeev
,
Russ. J. Gen. Chem.
78
,
1111
(
2008
).
69.
M.
Wei
,
N.
Braddon
,
D.
Zhi
,
P. A.
Midgley
,
S. K.
Chen
,
M. G.
Blamire
, and
J. L.
MacManus-Driscoll
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
72514
(
2005
).
70.
G.
Weyer
,
H. P.
Gunnlaugsson
,
R.
Mantovan
,
M.
Fanciulli
,
D.
Naidoo
,
K.
Bharuth-Ram
, and
T.
Agne
,
J. Appl. Phys.
102
,
113915
(
2007
).
71.
S.
Yılmaz
,
M.
Parlak
,
Ş.
Özcan
,
M.
Altunbaş
,
E.
McGlynn
, and
E.
Bacaksız
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
9293
(
2011
).
You do not currently have access to this content.