本文關(guān)鍵詞：有機(jī)分子薄膜中自旋注入與輸運(yùn)機(jī)制的研究

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)自旋電子學(xué) 磁電阻 自旋注入 自旋泵浦 純自旋流

【摘要】：由于有機(jī)半導(dǎo)體具有一些優(yōu)良的特性,在過去的幾十年中,針對(duì)有機(jī)電子學(xué)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)都受到了廣泛的關(guān)注,并且取得了重要的進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)了有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管(OTFT)和有機(jī)太陽(yáng)能電池等多種基于有機(jī)半導(dǎo)體的光電子學(xué)器件�；贠LED的顯示技術(shù)更是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。另一方面,自旋電子學(xué)也是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域。自旋電子學(xué)主要是利用電子的自旋自由度來處理和傳輸信息,以實(shí)現(xiàn)高速度、低功耗的電子器件。有機(jī)自旋電子學(xué)是有機(jī)電子學(xué)和自旋電子學(xué)交叉而產(chǎn)生的一個(gè)新興領(lǐng)域。由于有機(jī)半導(dǎo)體材料中的自旋一軌道耦合和超精細(xì)相互作用都比較弱,所以有機(jī)半導(dǎo)體材料具有很長(zhǎng)的自旋弛豫時(shí)間(τs),十分有利于自旋的輸運(yùn)。自2002年第一次在有機(jī)器件中發(fā)現(xiàn)磁電阻效應(yīng)起,人們對(duì)有機(jī)自旋電子學(xué)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究,然而作為一門新興的學(xué)科,有機(jī)自旋電子學(xué)依然有很多基本物理問題還沒有解決。在攻讀博士期間,我主要研究的是有機(jī)半導(dǎo)體中的自旋注入、輸運(yùn)和弛豫機(jī)制。我的論文主要分為以下幾個(gè)部分：1. 為了理解有機(jī)自旋閥中磁電阻的符號(hào)物理起源,我們研究了Lao.7Sro.3Mn03 (LSMO)/隧穿層/Alq3/Co自旋閥器件的輸運(yùn)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中我們觀察到高度非對(duì)稱的磁電阻隨偏壓的變化關(guān)系：負(fù)磁電阻的極值出現(xiàn)在負(fù)偏壓,當(dāng)外加一定的正偏壓時(shí),磁電阻符號(hào)會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。并且這樣的磁電阻偏壓關(guān)系與隧穿層是STO還是A1203無關(guān)。通過第一性原理計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)Alq3分子與Co的d軌道有很強(qiáng)的耦合,從而導(dǎo)致Co的d電子在Co/Alq3界面的有效注入。而實(shí)驗(yàn)中觀察到的特殊的磁電阻偏壓關(guān)系正是Co的d軌道態(tài)密度隨能量變化引起的。從而揭示了一般的LSMO/Alq3/Co自旋閥器件中呈現(xiàn)負(fù)MR的物理起源：Co的費(fèi)米能級(jí)附近的有效自旋極化率為負(fù),而LSMO為正。2. 我們系統(tǒng)研究了LSMO/Alq3/Al/Co自旋閥器件的輸運(yùn)性質(zhì)。當(dāng)插入的A1界面層厚度增加時(shí),器件電阻和伏安曲線的對(duì)稱性發(fā)生了很大變化,說明我們得到的是一個(gè)電子傳輸主導(dǎo)的器件。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)A1達(dá)到一定厚度以后,器件磁電阻的符號(hào)與外加偏壓極性相關(guān)。我們認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象是偏壓極性的改變會(huì)改變器件自旋注入和探測(cè)的有效能級(jí)位置導(dǎo)致的。3. 通過自旋泵浦的方法,在Y3Fe5O12(YIG)/Alq3/Pd器件中,我們實(shí)現(xiàn)了YIG向Alq3分子的純自旋流注入。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)在面外掃描磁場(chǎng)時(shí),我們觀察到逆自旋霍爾電壓隨外加磁場(chǎng)的異常角度關(guān)系,與最近Watanabe等人報(bào)道的十分類似[Nat. Phys.10,308 (2014)]。通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),我們認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象的來源是共面波導(dǎo)的微波磁場(chǎng)分布不均勻,而不是真正的Hanle效應(yīng)。同時(shí),我們發(fā)現(xiàn)測(cè)量的Alq3自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度在8K到300K的溫度區(qū)間內(nèi)基本與溫度無關(guān),目前只有交換作用引起的自旋輸運(yùn)的機(jī)制能夠解釋該結(jié)果。Hanle效應(yīng)的缺失和自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度與溫度無關(guān)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)都強(qiáng)烈的支持純自旋流在Alq3中的輸運(yùn)是交換作用引起的自旋輸運(yùn)的機(jī)制主導(dǎo)的。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)自旋電子學(xué) 磁電阻 自旋注入 自旋泵浦 純自旋流
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O469;O484
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-11
• 第一章 緒論11-37
• 1.1 自旋電子學(xué)簡(jiǎn)介11
• 1.2 鐵磁材料與Mott二流體模型11-13
• 1.3 鐵磁/非磁/鐵磁三明治結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)13-17
• 1.3.1 巨磁電阻(GMR)效應(yīng)13-14
• 1.3.2 隧道磁電阻(TMR)效應(yīng)14-15
• 1.3.3 自旋極化率15-17
• 1.4 自旋注入17-21
• 1.4.1 電導(dǎo)失配問題17-19
• 1.4.2 Hanle效應(yīng)19-21
• 1.5 自旋弛豫機(jī)制21-26
• 1.5.1 Elliott-Yafet(EY)機(jī)制22-23
• 1.5.2 D'yakonov-Perel’(DP)機(jī)制23-24
• 1.5.3 Bir-Aronov-Pikus(BAP)機(jī)制24-25
• 1.5.4 超精細(xì)相互作用機(jī)制25-26
• 1.6 有機(jī)自旋電子學(xué)26-33
• 1.6.1 有機(jī)自旋閥26-27
• 1.6.2 鐵磁有機(jī)界面的自旋注入27-30
• 1.6.3 有機(jī)半導(dǎo)體中的自旋弛豫30-33
• 參考文獻(xiàn)33-37
• 第二章 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法37-47
• 2.1 有機(jī)自旋閥器件的制備37-41
• 2.1.1 激光分子束外延與氧化物薄膜生長(zhǎng)37-38
• 2.1.2 氣體散射生長(zhǎng)金屬電極38-41
• 2.2 微納加工41-44
• 2.2.1 紫外光刻與電子束光刻41-42
• 2.2.2 聚焦離子束刻蝕42-44
• 2.3 樣品表征44-46
• 2.3.1 磁性質(zhì)測(cè)量44
• 2.3.2 磁輸運(yùn)性質(zhì)與鐵磁共振測(cè)量44-46
• 參考文獻(xiàn)46-47
• 第三章 Alq_3/Co界面自旋注入的研究47-63
• 3.1 前言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)48-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-59
• 3.4 主要結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 第四章 有機(jī)自旋閥中偏壓極性調(diào)控磁電阻符號(hào)的研究63-73
• 4.1 前言63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.3 結(jié)果與討論64-69
• 4.4 主要結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 第五章 Alq_3分子中純自旋流的注入與輸運(yùn)性質(zhì)的研究73-87
• 5.1 前言73-74
• 5.2 實(shí)驗(yàn)74-76
• 5.3 結(jié)果與討論76-84
• 5.4 主要結(jié)論84-85
• 參考文獻(xiàn)85-87
• 總結(jié)87-89
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91-92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 任俊峰;付吉永;解士杰;;有機(jī)自旋電子學(xué)[J];物理;2006年10期

2 楊苗苗;馬元春;蔡斌;;雙束聚焦離子束工作原理及微電子領(lǐng)域的應(yīng)用[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2014年01期

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本文編號(hào)：1114613