有機磁性材料器件中自旋極化輸運性質的相關研究.pdf

1、電子既有電荷又有自旋。以電子電荷為基礎的微電子學在二十世紀取得了巨大成功，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)效應的發(fā)現引發(fā)了磁存儲和磁記錄領域的革命，并由此產生了圍繞電子自旋的控制、輸運、測量等的一門全新的學科一自旋電子學(Spin

2、tronics)。 有機自旋電子學正是以自旋電子學為基礎，將視角轉向了有機材料，來開發(fā)有機分子材料中的自旋相關特性。有機材料相比于無機材料，有一些非常突出的優(yōu)勢。例如：密度小，重量輕，不易氧化，易于加工成型等等。有機半導體還具有豐富的電學、光學和磁學特性，并且已經在有機發(fā)光器件OLED(Organic Light Emitting Diodes)、顯示器等方面取得了很大的應用。而且由于自旋一軌道相互作用比較弱，有機半導體成為自旋

3、輸運的最佳候選材料之一。所以開發(fā)有機磁性材料在分子器件中的應用將是自旋電子學的下一個研究熱點。研究有機磁性分子材料的輸運對進一步理解有機材料的物理性質，探討其在自旋電子學及生命系統(tǒng)中的功能和應用具有重要的科學意義。 本文基于目前本實驗組關于一種典型的有機鐵磁性材料poly-BIPO分子的理論研究，對其在分子器件的應用作了一些理論的探討。我們針對有機半導體特殊的載流子電荷-自旋關系，將這種分子和金屬電極合成三明治的器件結構。通過擴

4、展的SSH模型和平衡格林函數方法，給出了這種有機磁性分子器件的電流的自旋極化特性。并且對整個體系的輸運性質做一些研究和探討，并討論有關因素對其的影響，借此進一步研究這種有機鐵磁材料的磁特性。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，看其是否具備開發(fā)成自旋分子器件的潛質。接下來，我們先對影響分子器件的電流輸運性質的基本因素做一些簡單的探索，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)現主鏈和自由基的耦合系數J<,f>,

5、電子一晶格相互作用能α，界面耦合系數t<,ur>還有自由基的自旋方向等都會對這種器件的輸運性質產生影響。最后，我們重點討論了一下這種有機分子材料中側基的自旋方向會對器件輸運性質的影響。因為poly-BIPO的側基的剩余自旋是使這種材料產生磁性的原因。我們發(fā)現，側基的剩余自旋方向的改變確實會對器件的電流產生很大的影響。通過不同的改變，我們甚至可以做到從100﹪正極化電流通過器件而到100﹪負極化電流的電子器件。而且我們注意到側基的自旋很大