γ射线辐照对MgO单晶的点缺陷组态及磁性的影响

曹梦雄　马亚茹　樊聪俐　王兴宇　刘　昊　王海欧　周卫平　马春林　谭伟石

1（南京理工大学　理学院应用物理系　软化学与功能材料教育部重点实验室　南京　210094）2（苏州工业职业技术学院　苏州　215104）3（杭州电子科技大学　材料物理研究所　杭州　310018）

γ射线辐照对MgO单晶的点缺陷组态及磁性的影响

曹梦雄1马亚茹1樊聪俐1王兴宇1刘昊2王海欧3周卫平1马春林1谭伟石1

1（南京理工大学理学院应用物理系软化学与功能材料教育部重点实验室南京210094）2（苏州工业职业技术学院苏州215104）3（杭州电子科技大学材料物理研究所杭州310018）

对（100）取向的MgO单晶进行了不同剂量的60Co γ射线辐照，辐照剂量从30 kGy到1 750 kGy。利用同步辐射漫散射技术以及紫外-可见吸收光谱研究了辐照样品的点缺陷情况，并将实验测量的漫散射结果与理论计算结果进行比对，以获得点缺陷组态的信息。利用超导量子干涉仪（Superconducting Quantum Interference Device, SQUID）测量了样品在不同温度下的磁性质。漫散射和吸收光谱的实验结果表明，经γ射线辐照的MgO单晶产生了阴离子弗伦克尔缺陷，并在室温下没有表现出铁磁性，只是在低温下观察到了顺磁信号，且辐照前后样品在零场冷却和加场冷却下的M-T曲线没有变化，说明阴离子空位没有导致MgO的d0铁磁性。

γ射线辐照，MgO单晶，点缺陷，漫散射，d0铁磁性

2004年，Venkatesan等［1］在没有掺杂的HfO2薄膜中发现高温铁磁性。需要指出的是，在HfO2中没有掺杂磁性离子，Hf离子自身不存在未配对的d电子或f电子，而且HfO2块体样品是抗磁性的。人们因此而提出了d0铁磁性这一概念［2-3］，这挑战了人们对于铁磁性理论的原有认知。而后相继在TiO2、ZnO、In2O3及SnO2等氧化物中也发现了室温铁磁性。

具有岩盐晶体结构的MgO是一种宽禁带氧化物绝缘体，带隙Eg为7.8 eV。优良的绝缘性、热传导性、热稳定性等特点使得MgO具有十分广泛的应用。MgO不仅可以作为催化剂、抗菌剂，还可作为传感材料、电器绝缘材料等，并且可以用作磁隧道结的绝缘层。MgO是一种理想的利用缺陷或杂质来研究d0铁磁性的金属氧化物材料［4］。Hu等［5］首次在溶胶凝胶法制备的MgO纳米晶粉末中发现了室温铁磁性，他们认为观察到的室温铁磁性很可能是来源于纳米晶粒表面或表面附近的Mg空位。此后众多研究者也在掺杂的MgO中发现了室温铁磁性。多数研究者认为MgO的室温铁磁性是因为制备过程中引入的金属杂质、阳离子空位和阴离子空位等原因产生的。

由此可见，为探究MgO磁性的产生机制，对MgO的晶体缺陷进行研究是非常必要的。在MgO晶体中产生缺陷的方法很多，如掺杂、辐照、离子注入、不同气氛下热处理等。其中辐照是产生缺陷较为常见的方法之一。辐照方法包括中子辐照［6-8］、重离子辐照［9-12］、γ射线辐照［13］、电子束辐照［14-15］及质子辐照［16］等。Moore等［6］利用球磨方法制备了MgO粉末，并对样品进行了中子辐照，通过X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）等表征手段研究了中子辐照后的缺陷情况，研究发现中子辐照导致晶体产生了大量的位错缺陷，从而导致MgO的热扩散率显著降低。Moll等［10］用卢瑟福背散射谱（Rutherford Backscattering Spectrometry, RBS）和TEM表征Au+离子辐照导致的MgO晶体损伤。研究表明，样品内产生了位错环，且样品内不同深度处的损伤程度不同，分析认为近表面的损伤是原子直接碰撞导致的位移结果，而内部的损伤从本质上来说是迁移现象。Feldbach等［16］利用阴极光谱法研究了质子辐照后的MgO的缺陷情况，研究发现经过1017cm-2通量的质子辐照后，MgO样品表面层产生了大量的氧空位缺陷。

多种理论计算方法被用来研究MgO晶体的缺陷性质，如嵌入原子簇的电荷自洽离散变分方法［17］、从头算理论［18］、多体微扰理论［19］、蒙特卡罗方法［20］以及密度泛函理论［21］等。理论计算表明空位可以诱导MgO磁矩的产生。

虽然大量的实验研究和理论计算均表明点缺陷可以导致MgO的室温铁磁性，但究竟是阳离子缺陷还是阴离子缺陷在起作用依然存在争议。本文着重研究γ射线辐照后的MgO单晶内的点缺陷类型及组态并探讨点缺陷对MgO磁性的影响。

本文首先对商用（100）取向的MgO单晶进行不同剂量的γ射线辐照，运用黄昆漫散射（Huang’s scattering）强度公式计算了MgO单晶中立方缺陷和偶极力缺陷引起的X射线漫散射等强度曲线。利用同步辐射漫散射技术以及紫外-可见光吸收光谱来研究样品经辐照后产生的缺陷类型及组态，并对比理论计算的漫散射结果，从而分析点缺陷的类型及组态。此外，采用超导量子干涉仪测量了MgO样品室温及低温下的磁性，并试图通过缺陷理论解释磁性的变化情况，最终将磁性与缺陷建立联系。

1　实验方法

在合肥科晶材料技术有限公司购买商用（100）取向的MgO单晶样品，样品尺寸为10mm×5mm× 0.5mm。在江苏瑞迪生科技有限公司（南京辐照中心）利用60Co γ射线辐射源对样品进行不同剂量的辐照，γ射线能量是1.33 MeV。辐照在室温下进行，辐照压力为标准大气压，样品编号及其对应的辐照剂量和剂量率示于表1。

表1　（100） MgO单晶样品的不同γ射线辐照剂量及剂量率Table 1　The γ ray irradiation doses and dose rates of （100）MgO single crystals.

我们运用黄昆漫散射强度公式，通过MATLAB编程计算了MgO单晶中的立方缺陷和偶极力缺陷引起的X射线漫散射等强度曲线。MgO样品的漫散射实验在北京同步辐射装置（Beijing Synchrotron Radiation Facility, BSRF）的1W1A漫散射实验站及上海同步辐射装置（Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF）的BL14B线站完成。漫散射是在接近200和311倒易阵点附近测量的，包括室温（300 K）以及低温（200 K）下的ω-2θ扫描，摇摆曲线以及倒易空间图（Reciprocal Space Mapping, RSM）扫描。扫描模式为ω-2θ模式，RSM的扫描步长为0.04°，ω-2θ扫描和摇摆曲线的扫描步长为0.01°，BSRF实验波长为0.15476 nm，SSRF实验波长是0.12438 nm。在极低温（低于5 K）下测量RSM可以有效降低热效应的影响，但由于SSRF实验条件限制，不能进行低温实验，因此我们的测量只是在室温下开展。而BSRF的实验可采用液氮对样品进行降温，因此我们在BSRF上进行了低温及室温下的实验。实验证明，相同样品在低温及室温下，RSM的实验结果并无明显差别。因此我们将不同温度下获得的RSM结果进行比较是合理的。为便于直接对比实验结果，数据分析时将波长全部转化为0.15406 nm。为进一步探究辐照样品的缺陷损伤情况，我们对辐照的MgO样品开展了室温下的紫外-可见光（Ultravioletvisible, UV-vis）吸收光谱实验。实验仪器为北京谱析通用仪器有限公司生产的TU-1901型双光束紫外可见光光度计。为尽量减少外界因素对实验结果的影响，测量前我们对仪器进行充分的预热，并利用石英比色皿放置样品。实验波长范围选择200-800nm，波长变化速率为1 nm·s-1。我们利用美国Quantum Design公司生产的MPMS-5型号SQUID测量室温以及低温下的样品磁性。磁场沿着样品表面方向，磁场大小从-2 T到+2 T或从-1 T到 +1 T。同时测量了样品的零场冷却（Zero Field Cooled, ZFC）和加场冷却（Field Cooled, FC）的磁化强度随温度的变化（M-T）曲线，温度从5 K到300 K，测量磁场为0.01 T。为排除杂质的干扰，我们在实验前用丙酮及无水乙醇先后对样品进行超声波清洗10 min，且实验过程中均采用塑料镊子夹取样品。

2　实验内容与分析

2.1MATLAB理论计算

当知道某种缺陷引起的远程晶格位移场的傅里叶变换表达式时，我们就可以计算出该缺陷在不同倒易阵点附近引起的漫散射等强度分布曲线，再将实验测量的倒易空间图与之比较即可得到晶体中的缺陷种类和组态信息。

文献［22］介绍了几种基本的间隙组态，如图1所示。其中O表示体心组态，具有八面体对称性；HO为〈100〉劈裂组态；C为挤列组态；HC为劈裂挤列或〈110〉劈裂组态；T为四方对称组态；HT为〈111〉劈裂组态；OC为间隙原子位于O和C组态连线间且离O更近；OT为间隙原子位于O和T连线间且离O更近。

图1　8种基本的间隙原子组态Fig.1　Eight basic interstitial configurations.

为探清辐照的MgO晶体的缺陷情况，我们首先运用黄昆漫散射强度公式［23］计算了MgO晶体内的立方缺陷和偶极力缺陷引起的X射线漫散射等强度曲线。已知晶格缺陷的一个重要属性就是缺陷周围原子的力分布。立方缺陷（cubic defect）和偶极力缺陷（double-force defect）主要与位置及其相互之间的作用力有关。偶极力缺陷与偶极力张量有关，更多的是指双空位或〈100〉间隙原子。

在某一倒格矢H0处，黄昆漫散射（IH）可表示为：

式中：c是点缺陷浓度；F0是平均结构的结构振幅；V是晶胞体积；Um是位移场的傅里叶变换。

Flocken等［23］认为立方晶格内，沿着〈100〉方向的立方缺陷引起的漫散射是相同的，因此，我们只需计算200倒易阵点附近漫散射即可代表｛100｝等同晶面的漫散射情况。而｛110｝等同晶面和｛111｝等同晶面的漫散射情况也是类似的。因此我们只计算了MgO单晶中立方缺陷引起的200以及220倒易阵点附近的漫散射强度分布图（图2（a）、（b））。

我们计算立方缺陷引起的漫散射计算公式是文献［22］的公式：

其中：

式中：α、β、γ指［100］、［010］和［001］的方向。计算过程中需要的MgO单晶的弹性常数为：C11= 297.8 GPa，C12=95.8 GPa，C44=154.7 GPa。ε=C11-C12-2C44是弹性各向异性常数。

图2（a）和（b）分别表示了立方缺陷在200及220倒易阵点附近引起的漫散射等强度图。通过图2可以看出，无论是在200倒易阵点附近，还是220倒易阵点附近，立方缺陷产生的漫散射等强度图都呈现为双纽线型。

图2　计算得出的MgO内立方缺陷在200 （a）以及220 （b）倒易阵点附近引起的漫散射等强度图Fig.2　Calculated isointensity profiles of X-ray diffuse scattering near 200 （a） and 220 （b） reciprocal-lattice point for a cubic point defect in MgO.

图3是运用MATLAB软件计算的MgO单晶中偶极力缺陷引起的200、020、002及220倒易阵点附近的漫散射等强度图。

我们计算偶极力缺陷引起的漫散射计算公式是文献［22］的公式：

其中：

由图3看出，偶极力缺陷引起的不同倒易阵点附近的漫散射等强度曲线是不同的。MgO晶体内的偶极力缺陷引起的200和020倒易阵点附近的漫散射等强度图相似。而偶极力缺陷引起的002以及220倒易阵点附近的漫散射等强度图却与200和020倒易阵点附近的漫散射等强度图有非常大的差异。

比较图2和图3可见，MgO晶体内相同的倒易阵点附近，立方缺陷和偶极力缺陷引起的漫散射情况差别非常明显。Flocken等［23］也曾用同样的方法计算出多个立方结构金属的立方缺陷和偶极力缺陷引起的倒易阵点附近漫散射等强度图，计算显示相同倒易阵点附近，两种缺陷引起的漫散射情况也是相差很大。

图3　计算得出的MgO内偶极力缺陷在倒易阵点200 （a）、020 （b）、002 （c）及220 （d）附近引起的漫散射等强度图Fig.3　Calculated isointensity profiles of X-ray diffuse scattering near reciprocal-lattice point 200 （a）, 020 （b）, 002 （c） and 220 （d） for a double-force point defect in MgO.

2.2漫散射实验

我们在BSRF及SSRF上开展了MgO晶体的漫散射实验。首先在室温下测量了辐照前后MgO样品（200）面以及（311）面的ω-2θ扫描和摇摆曲线，示于图4。为精确找到2θ与ω的位置，通过固定2θ与ω中的一个，反复来回扫描另一个，直至找到衍射峰最强时的角度，并最终利用找到的2θ与ω的角度进行漫散射扫描。这就是图4中2θ与ω并不是严格的两倍关系的原因。图4（a）和（b）分别是（200）面的ω-2θ扫描和摇摆曲线，图4（c）和（d）是（311）面的ω-2θ扫描和摇摆曲线。图5（a）和（b）分别是低温200 K时MgO单晶在辐照前后的（200）面以及（311）面的ω-2θ扫描曲线。通过图4可以看到，S1样品的（200）面和（311）的衍射峰强度较大，峰形较窄，同时摇摆曲线强度高，半高宽较小，说明（100） MgO单晶内没有明显的缺陷，是理想的单晶样品。对比图4（a）、（c）以及图5（a）、（b）可以发现，经过辐照后的样品无论是室温或低温下，其（200）面和（311）的衍射峰强度都显著降低，而峰位也朝低角度方向偏移,并且（200）衍射面的衍射峰出现了明显的宽化，这是黄昆漫散射的表现。仔细观察图4（b）、（d）可以发现，辐照后MgO晶体摇摆曲线的半高宽略微增加。Pillukat等［24］利用X射线衍射方法研究发现电子辐照的GaAs晶体也出现了类似的漫散射，认为这是产生的点缺陷导致的。InP经电子辐照后产生了弗伦克尔缺陷，并同样导致了衍射峰的宽化，即产生了黄昆漫散射［25］。Bachiller-Pere等［12］利用高分辨X射线衍射技术也观测到离子辐照的MgO产生了缺陷引起的漫散射。通过分析，我们可以知道γ射线辐照使MgO晶体的晶格产生畸变，晶体内产生了明显的点缺陷。

图4　室温下辐照前后的（100） MgO单晶的（200）面的ω-2θ扫描（a）和摇摆曲线（b）以及（311）面的ω-2θ扫描（c）和摇摆曲线（d）Fig.4　ω-2θ scans and rocking curves of the （200） （a,b） and （311） （c,d） reflection for pristine and irradiated （100）MgO single crystals at room temperature.

图5　200 K下辐照前后（100） MgO单晶的（200）面（a）以及（311）面（b）的ω-2θ扫描Fig.5　ω-2θ scans in the vicinity of the （200） （a） and （311） （b） reflection for pristine and irradiated（100） MgO single crystals at 200 K.

对比可以发现，相对于室温下（200）面以及（311）面的衍射峰位，同一个样品的低温下的衍射峰位向高角度偏移，说明低温下的晶格常数较室温下要小。

为进一步研究晶体内的缺陷情况，我们对辐照前后的（100） MgO单晶样品进行了倒易空间图扫描，并将实验得到的倒易空间图与此前MATLAB程序计算出的漫散射等强度图进行对比。图6是室温或低温下测量的不同辐照剂量的MgO晶体在（200）面的倒易空间图。图6（a）-（f）分别对应的是样品S1−S6的倒易空间图。S4样品是在200 K温度下测量的，其余样品均是在室温下测量。观察发现，不同辐照样品展现出的倒易空间图有比较大的区别。未辐照的MgO晶体的（200）面倒易空间图是比较规则的同心圆分布，且qy和qz方向的漫散射强度分布范围均在0.07 nm-1之内。说明辐照前（100）MgO单晶几乎没有漫散射情况出现，样品具有很好的晶格完整性，晶体几乎没有缺陷。这与之前的ω-2θ扫描和摇摆曲线分析结果是一致的。不同剂量辐照的样品的倒易空间图类似，漫散射强度分布范围增加，但是更多地沿着qz倒易矢量方向分布。这说明晶体经辐照后产生大量缺陷，与ω-2θ扫描和摇摆曲线扫描结果是吻合的。

进一步对比图2和图3的MATLAB计算的漫散射等强度图后发现，辐照样品的倒易空间图与计算出的偶极力缺陷在（200）倒易阵点附近的漫散射图是类似的，这说明样品经γ辐照后产生的点缺陷是偶极力缺陷，即双空位或〈100〉间隙原子。而我们知道在面心立方晶体内，〈100〉劈裂组态是最稳定的间隙原子组态。这表明辐照的MgO晶体内产生了〈100〉间隙原子。为保持电中性，晶体内产生若干个间隙原子后，必然会有若干个空位的形成。因此，可以肯定没有被杂质干扰的（100） MgO单晶经不同剂量的γ射线辐照后产生了大量的弗伦克尔缺陷。

图6　S1-S6样品（a-f）的（200）面的倒易空间图Fig.6　RMSs around the （200） reflection of S1-S6 （a-f）.

2.3UV-vis吸收光谱

前文所述，辐照后的晶体内产生了弗伦克尔缺陷，但并不确定是阳离子点缺陷还是阴离子点缺陷。因此我们测量了室温下辐照前后MgO单晶的UV-vis吸收光谱，从而确定点缺陷的种类。图7是在室温下测量的辐照前后的（100） MgO单晶的UV-vis吸收光谱。为便于识别，等差选取部分数据点作图，并将曲线上下平移。由图7可以看到，S1样品的吸收谱是一条平滑的曲线，并未出现任何因缺陷或杂质引起的吸收峰，说明未辐照的MgO单晶内没有引入杂质，晶体内没有明显的缺陷，这与之前的漫散射实验结果分析一致。当样品被辐照后，可以发现在290 nm附近出现了一个比较明显的吸收峰，这在文献中并没有出现过。这并非来自于F心、F+心、F2+心或阴离子双空位引起的吸收峰。其中F心表示的是中性O原子空位，吸收峰位于252nm 处；F+心表示吸收一个电子的O空位，吸收峰位于247.5 nm处；F2+心表示吸收两个电子的O空位，阴离子双空位吸收峰位于355 nm处。Bindhu等［26］分析212 nm处的吸收峰与O离子的低配位有关，因为在MgO内O2-的静电势随着配位而降低。因此我们分析290 nm处吸收峰也必然与O离子空位有关，可能是某种色心的聚集引起的吸收峰。这表明MgO单晶经不同剂量的γ辐照后均产生了阴离子空位。进一步观察发现，与缺陷有关的吸收峰强度随着辐照剂量而增加。这说明晶体内的缺陷浓度随着辐照剂量而增加。除了290 nm附近的吸收峰之外，所有样品并没有因杂质引起的吸收峰，说明样品没有受到杂质的影响。

图7　室温下辐照前后的（100） MgO单晶的UV-vis吸收光谱Fig.7　UV-vis absorption spectra of pristine and irradiated（100） MgO single crystals at room temperature.

通过漫散射以及吸收光谱实验对辐照前后的MgO单晶分析可知，经过γ射线辐照后（100） MgO单晶内产生了阴离子O空位，并随着辐照剂量的增加，阴离子空位浓度增加。结合漫散射研究结果分析可知，辐照后的（100） MgO晶体产生了阴离子弗伦克尔缺陷，且随着辐照剂量的增加，弗伦克尔缺陷的浓度也增大。不同的辐照方法会产生不同的缺陷，比如γ射线辐照更容易产生阴离子缺陷，而中子辐照及离子轰击等更容易产生阳离子缺陷，并且Mg空位相对O空位不易存在于晶体内，更容易恢复。在γ射线辐照条件下O空位的形成能低于Mg空位的形成能。这些原因导致了我们在γ射线辐照的MgO晶体内探测到的是O缺陷而非Mg缺陷。

2.4磁性测量

利用SQUID在室温下测量了部分样品的磁化强度随磁场变化的M-H曲线，如图8所示。通过磁化曲线发现，辐照后的MgO晶体在室温下依然表现出抗磁性，当温度在5 K时，样品表现出了顺磁信号的特征。说明MgO单晶经过γ射线辐照后磁性并没有改变，即使在极低的温度下也没有呈现出铁磁性。

图8　（100） MgO单晶样品的磁化曲线Fig.8　Magnetization curves of pristine and irradiated （100）MgO single crystals.

为进一步研究γ射线辐照对MgO单晶磁性的影响，我们测量了S2-S5样品在ZFC和FC情况下的M-T曲线，分别示于图9（a）-（d）。从图9中可以发现，所有样品ZFC和FC的M-T曲线没有变化，几乎完全重合，与未辐照MgO（001）单晶的ZFC和FC的M-T曲线［27］是一样的。说明γ射线辐照并没有改变MgO单晶磁性。Merabet等［28］利用全势线性缀加平面波方法计算MgO内空位对磁性的影响，计算结果表明，阳离子Mg空位可以使得MgO产生室温铁磁性而阴离子O空位却不能导致室温铁磁性的产生。Kuang等［18］利用从头算方法计算不同阴离子及阳离子空位对MgO磁性的影响，结果表明只有中性的Mg空位和单电荷的Mg空位才能使MgO产生磁矩，而带两个电荷的Mg空位）及所有的O空位均不能使MgO产生磁矩。Gao等［29］也利用从头算方法计算得出阳离子Mg空位能导致MgO室温铁磁性的产生，而阴离子O空位不能导致室温铁磁性的产生，同时表明铁磁性的强弱依赖于Mg空位的浓度。MgO磁矩是因为Mg空位周围O原子的自旋极化产生。大量实验也证明了阳离子MgO空位是引起室温铁磁性的根本原因［5,30-32］。因此分析（100） MgO单晶经γ射线辐照后的磁性没有发生变化，主要是因为辐照产生的是阴离子O缺陷而非阳离子缺陷。即MgO晶体中的阴离子空位缺陷并不能导致其产生铁磁性。

图9　S2-S5样品（a-d） ZFC和FC下的磁化强度随温度的变化曲线Fig.9　Zero filed cooled and field cooled magnetization as a function of temperature for S2 to S5 （a-d）.

3　结语

利用60Co γ射线辐射源对（100） MgO单晶进行了辐照处理。通过漫散射实验发现，辐照晶体内产生了明显的缺陷。进一步利用UV-vis吸收光谱实验分析出辐照后的MgO单晶内没有杂质引起的吸收峰，而只有在290 nm附近的吸收峰，这是O缺陷的聚集引起的。结合漫散射实验结果，分析可知（100）MgO单晶内产生了大量的阴离子弗伦克尔缺陷。并且缺陷的浓度随着辐照剂量而增大。M-H曲线显示室温下的样品均呈现出抗磁性特征，未出现铁磁性信号，只有在5 K温度下才表现出了顺磁性信号。ZFC和FC的M-T曲线与未辐照的MgO单晶曲线没有区别，说明辐照并未改变（100） MgO单晶的磁性。这说明经过γ射线辐照后产生的阴离子弗伦克尔缺陷并不能够使MgO晶体产生室温的d0铁磁性。

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Influence of γ-ray irradiation on the point defect configurations and magnetic properties of MgO single crystals

CAO Mengxiong1MA Yaru1FAN Congli1WANG Xingyu1LIU Hao2WANG Haiou3ZHOU Weiping1MA Chunlin1TAN Weishi1

1（Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials, Ministry of Education, Department of Applied Physics,

Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China）
2（Suzhou Institute of Industrial and Technology, Suzhou 215104, China）
3（Institute of Materials Physics, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China）

Background: d0ferromagnetism challenges the understanding of magnetism in insulators. MgO, which is important for magnetic tunnel junctions, is an ideal material for investigating d0ferromagnetism. The ferromagnetism in MgO has attracted great interests. Purpose: This study aims to investigate the influence of γ-ray irradiation on point defect configurations and magnetic properties of （100）-oriented MgO single crystals. Methods: The point defect configurations in irradiated-MgO single crystals were experimentally studied using synchrotron radiation diffuse scattering and ultraviolet-visible （UV-vis） absorption spectroscopy. Based on Huang’s scattering theory, the isointensity profile of diffuse scattering was calculated by MATLAB program. The magnetic properties weremeasured by superconducting quantum interference device （SQUID）. Results: ω-2θ scans and rocking curves of （200）and （311） peaks of samples indicated generation of point defects and lattice distortion in irradiated MgO single crystals. The presence of Frenkel defects in irradiated MgO single crystals was evidenced by reciprocal space mappings around the （200） reflection and UV-vis absorption spectra. The M-H and M-T curves of irradiated MgO single crystals remained the same as that of the unirradiated, demonstrating that the magnetic properties of irradiated MgO were unchanged. Conclusion: Lots of anion vacancies are generated by γ-ray irradiation in （100） MgO single crystals. However, the anion vacancies cannot induce d0ferromagnetism in MgO single crystals.

γ-ray irradiation, MgO single crystal, Point defect, Diffuse scattering, d0ferromagnetism

TAN Weishi, E-mail: tanweishi@njust.edu.cn

TG115.22+3，TG113.22+5

10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.100202

国家自然科学基金（No.U1332106、No.11604067）资助

曹梦雄，男，1987年出生，2006年毕业于盐城师范学院，现为博士研究生，研究领域为磁性材料

谭伟石，E-mail: tanweishi@njust.edu.cn

Supported by National Natural Science Foundation of China （No.U1332106, No.11604067）First author: CAO Mengxiong, male, born in 1987, graduated from Yancheng Teachers University in 2006, doctoral student, focusing on research of magnetic materials

2016-08-12，

2016-09-13