自旋電子學(xué)器件可以提高傳統(tǒng)電子器件的效率并賦予它們新功能,成為當(dāng)前的研究前沿。有機(jī)自旋電子學(xué)的研究受到了材料發(fā)展的制約,設(shè)計(jì)并合成具有明確結(jié)構(gòu)和優(yōu)良自旋調(diào)控特性的新型功能材料成為有機(jī)自旋電子學(xué)研究的重要挑戰(zhàn)。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)整合了有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的諸多優(yōu)勢(shì),如有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)多樣性、功能性,及無(wú)機(jī)材料的磁性、高載流子遷移率,使其成為設(shè)計(jì)并合成新型功能材料的理想平臺(tái)。然而,基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的磁性材料以及與自旋相關(guān)的器件探索尚處于起步階段。本論文以面向未來(lái)自旋電子學(xué)研究所需的功能材料為目標(biāo),設(shè)計(jì)合成了一系列新型二維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦鐵磁體材料,并探索其在各種器件中的應(yīng)用。通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控有機(jī)銨離子、金屬離子和鹵素的的種類(lèi),探究了這些材料的白光發(fā)射、熱致變色、手性、鐵磁性和鐵磁共振等性能。進(jìn)一步,制備了場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光探測(cè)器和自旋器件,獲得了良好的器件性能。本論文為利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)創(chuàng)造新型功能材料,特別是熱致變色鐵磁體、手性鐵磁體提供了新的策略,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用于自旋電子學(xué)的磁性材料奠定基礎(chǔ)。論文主要內(nèi)容如下:第一章:對(duì)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料的發(fā)展歷史、分類(lèi)以及組成進(jìn)行了綜述與探討。重點(diǎn)... 

【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：195 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

a.CaTiO3結(jié)構(gòu)示意圖b.有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖c.金屬有機(jī)骨架鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖[1]

蘭州大學(xué)博士學(xué)位論文新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦的合成與自旋器件研究3鹵化物鈣鈦礦基于兩個(gè)關(guān)鍵的組成成分：無(wú)機(jī)層及其改性和有機(jī)陽(yáng)離子的多樣性�；谶@兩種異相組分的混合，無(wú)論是通過(guò)合成上的操作(有機(jī)陽(yáng)離子或無(wú)機(jī)元素的混排)，或是運(yùn)用外部刺激(溫度或者壓力)，構(gòu)筑出晶體學(xué)天然的量子阱結(jié)構(gòu)，這也賦予其優(yōu)異的物理特性�；谟袡C(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦自旋電子學(xué)也逐步建立[14-20]�？傊袡C(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料已經(jīng)在電子學(xué)、光電子學(xué)和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦也是創(chuàng)造新性能和研究構(gòu)效關(guān)系的理想體系。圖1-2三維、二維、一維和零維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖[10]1.2有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦的分類(lèi)1.2.1三維鈣鈦礦三維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)通式是ABX3，由二價(jià)B位陽(yáng)離子的簡(jiǎn)單立方排列組成，橋連鹵素離子創(chuàng)建一個(gè)通過(guò)角共享八面體的三維陰離子框架。體積小的一價(jià)A位陽(yáng)離子占據(jù)立方八面體腔，確保電荷平衡。如圖1-3所示。類(lèi)似于氧化鈣鈦礦的情況，金屬鹵化物八面體可以相互旋轉(zhuǎn)或傾斜，可以利用氧化鈣鈦礦中已經(jīng)建立了術(shù)語(yǔ)來(lái)描述導(dǎo)致的晶格。A位點(diǎn)一般被小體積的堿金屬離子，如：K+、Rb+、Cs+占據(jù)，也可以是小體積的有機(jī)陽(yáng)離子，如：甲銨、甲瞇，這時(shí)候形成的是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

oldschmidt容差因子模型[25]，也就是離子半徑滿(mǎn)足公式：+=√2(+)。如果要形成三維鈣鈦礦，那么，0.8≤t≤1.0，離子半徑如表1-1所示。除了離子半徑的限制，電荷平衡是必須要實(shí)現(xiàn)的。也就是：如果“A”是一價(jià)的，“X”是鹵素，那么“B”必須是二價(jià)(B位點(diǎn)的典型離子還可以包含：Ca2+、Eu2+、Yb2+。)�！癇”位點(diǎn)的離子也可以是平均是二價(jià)（由等數(shù)目的一價(jià)和三價(jià)離子構(gòu)成），如CsAuI3，其中，Au為一價(jià)和三價(jià)，更加具體的表述為Cs2Au(I)Au(III)I6。近期的一個(gè)實(shí)驗(yàn)工作CsTlF3是一種棕色粉末，結(jié)構(gòu)是雙鈣鈦礦[26]。圖1-3三維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2二維鈣鈦礦二維雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類(lèi)型和連接模式類(lèi)似于他們的三維同類(lèi)物，二維雜化鈣鈦礦遵循決定鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)的立體化學(xué)規(guī)則。如圖1-4所示，實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到三種八面體連接模式：角共享(Corner-sharing)、邊共享(Edge-sharing)和面共享(Face-sharing)。實(shí)際晶體中，有時(shí)還包含兩種結(jié)構(gòu)方式的結(jié)合。[27-28]二維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦主要類(lèi)別由角共享八面體組成，這些二維雜化鈣鈦礦又進(jìn)一步分為三類(lèi)：沿著母體三維結(jié)構(gòu)的特定平面(hkl)進(jìn)行的晶體層的切割方向，分為(100)取向、(110)取向和(111)取向三種結(jié)構(gòu)。在這三類(lèi)中，(100)取


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