有機(jī)磁性材料器件中自旋極化輸運(yùn)性質(zhì)的相關(guān)研究.pdf

1、電子既有電荷又有自旋。以電子電荷為基礎(chǔ)的微電子學(xué)在二十世紀(jì)取得了巨大成功，但是在傳統(tǒng)的微電子器件中，電子的自旋卻一直被人們忽視，電子只被看成電荷的載體。但是在金屬自旋閥中巨磁電阻(GMR，Giant Magneto Resistance)和隧道磁電阻(TMR，Tunneling MagnetoResistance)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了磁存儲(chǔ)和磁記錄領(lǐng)域的革命，并由此產(chǎn)生了圍繞電子自旋的控制、輸運(yùn)、測(cè)量等的一門(mén)全新的學(xué)科一自旋電子學(xué)(Spin

2、tronics)。 有機(jī)自旋電子學(xué)正是以自旋電子學(xué)為基礎(chǔ)，將視角轉(zhuǎn)向了有機(jī)材料，來(lái)開(kāi)發(fā)有機(jī)分子材料中的自旋相關(guān)特性。有機(jī)材料相比于無(wú)機(jī)材料，有一些非常突出的優(yōu)勢(shì)。例如：密度小，重量輕，不易氧化，易于加工成型等等。有機(jī)半導(dǎo)體還具有豐富的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性，并且已經(jīng)在有機(jī)發(fā)光器件OLED(Organic Light Emitting Diodes)、顯示器等方面取得了很大的應(yīng)用。而且由于自旋一軌道相互作用比較弱，有機(jī)半導(dǎo)體成為自旋

3、輸運(yùn)的最佳候選材料之一。所以開(kāi)發(fā)有機(jī)磁性材料在分子器件中的應(yīng)用將是自旋電子學(xué)的下一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究有機(jī)磁性分子材料的輸運(yùn)對(duì)進(jìn)一步理解有機(jī)材料的物理性質(zhì)，探討其在自旋電子學(xué)及生命系統(tǒng)中的功能和應(yīng)用具有重要的科學(xué)意義。 本文基于目前本實(shí)驗(yàn)組關(guān)于一種典型的有機(jī)鐵磁性材料poly-BIPO分子的理論研究，對(duì)其在分子器件的應(yīng)用作了一些理論的探討。我們針對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體特殊的載流子電荷-自旋關(guān)系，將這種分子和金屬電極合成三明治的器件結(jié)構(gòu)。通過(guò)擴(kuò)

4、展的SSH模型和平衡格林函數(shù)方法，給出了這種有機(jī)磁性分子器件的電流的自旋極化特性。并且對(duì)整個(gè)體系的輸運(yùn)性質(zhì)做一些研究和探討，并討論有關(guān)因素對(duì)其的影響，借此進(jìn)一步研究這種有機(jī)鐵磁材料的磁特性。我們首先考察了以這種分子材料做成的器件的自旋極化電流，看其是否具備開(kāi)發(fā)成自旋分子器件的潛質(zhì)。接下來(lái)，我們先對(duì)影響分子器件的電流輸運(yùn)性質(zhì)的基本因素做一些簡(jiǎn)單的探索，看看哪些可以成為影響分子器件電流最重要的因素。我們發(fā)現(xiàn)主鏈和自由基的耦合系數(shù)J<,f>,

5、電子一晶格相互作用能α，界面耦合系數(shù)t<,ur>還有自由基的自旋方向等都會(huì)對(duì)這種器件的輸運(yùn)性質(zhì)產(chǎn)生影響。最后，我們重點(diǎn)討論了一下這種有機(jī)分子材料中側(cè)基的自旋方向會(huì)對(duì)器件輸運(yùn)性質(zhì)的影響。因?yàn)閜oly-BIPO的側(cè)基的剩余自旋是使這種材料產(chǎn)生磁性的原因。我們發(fā)現(xiàn)，側(cè)基的剩余自旋方向的改變確實(shí)會(huì)對(duì)器件的電流產(chǎn)生很大的影響。通過(guò)不同的改變，我們甚至可以做到從100﹪正極化電流通過(guò)器件而到100﹪負(fù)極化電流的電子器件。而且我們注意到側(cè)基的自旋很大