有機器件自旋擴散漂移性質理論研究與器件設計

《有機器件自旋擴散漂移性質理論研究與器件設計》是依託山東師範大學，由任俊峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有機器件自旋擴散漂移性質理論研究與器件設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任俊峰
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

自旋電子學和自旋電子器件是目前凝聚態物理和半導體器件和材料領域非常熱的研究課題，其目的是利用電子的自旋而不是傳統的電荷和電流來實現器件的功能。有機自旋電子學是自旋電子學在有機材料和器件中的套用。2002年V.Dediu研究組首次報導了從CMR材料到有機T6的自旋注入實驗研究，我們隨之提出了鐵磁/有機系統的自旋擴散模型，初步研究了其電流自旋極化相關性質，引起物理和化學工作者的關注。本項目擬在前期研究基礎上更加深入地研究有機器件自旋擴散漂移性質,在此基礎上設計新型有機自旋器件。研究內容包括極化子和雙極化子的比率變化對有機器件自旋擴散漂移性質的影響；鐵磁/有機系統特殊界面效應下的自旋注入性質分析；有機自旋器件磁電阻特性及溫度效應；利用有機材料特殊的載流子電荷自旋關係設計有機自旋三極體等。這些工作將有助於進一步認識有機材料的新功能性質，對將來製備有機自旋器件提供理論支持。

結題摘要

有機自旋電子學是自旋電子學在有機材料和器件中的套用，是物理、化學、生物學等的交叉學科，是當前自旋電子學研究的熱點之一。研究有機半導體的自旋注入和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中的功能和套用具有重要的指導意義。有機半導體最重要的物理特性主要有兩點，一是具有弱的自旋-軌道相互作用和弱的超精細相互作用，因此有更長的自旋弛豫時間和較大的自旋擴散長度，有利於自旋注入；二是具有強的電子-晶格相互作用，注入其內的電荷引起晶格畸變，因此其內載流子為一些具有特殊的電荷-自旋關係的帶電自陷態，如帶自旋的極化子、不帶自旋的雙極化子等。本項目從自旋擴散漂移方程和微分形式歐姆定律出發，研究了有機半導體特殊性質對鐵磁/有機半導體異質結構及鐵磁/有機半導體/鐵磁三明治結構自旋注入及輸運性質的影響，同時討論了有機自旋閥器件的磁電阻性質，並根據有機半導體的特殊性質設計了具有自旋極化放大功能的器件模型並討論了影響器件自旋極化放大率的因素。假設有機半導體中的載流子為自旋極化子和不帶自旋的雙極化子兩種，研究了自旋相關界面電阻及肖特基勢壘對鐵磁/有機半導體結構自旋極化性質的影響，發現通過調節界面電阻及相應的肖特基勢壘高度及其自旋相關性可在有機半導體中獲得大的電流自旋極化率。在以上研究基礎上進一步研究了外加電場和磁場下鐵磁/有機半導體異質結構及鐵磁/有機半導體/鐵磁三明治結構有機器件電流自旋極化注入及輸運性質，討論了影響以上有機器件電流自旋極化及磁電阻性質的因素，發現通過適當調整器件外加電場和磁場可在器件中獲得比較大的電流自旋極化率及磁電阻。考慮到有機半導體中特殊的載流子，從自旋擴散漂移方程出發建立了T型的有機自旋器件，發現由於有機半導體中特殊的載流子電荷自旋關係可以在此T型有機自旋器件中獲得電流自旋極化放大效應。通過本項目發展了自旋注入有機半導體的擴散理論，編寫了相應程式，建立了一套完整的有機自旋擴散漂移理論，討論了影響有機自旋器件磁電阻的因素，並在此基礎上設計新型有機自旋器件，可為構造未來的有機自旋電子器件以及真正實現有機器件的可操作性提供一定的理論支持，豐富人們對有機自旋電子學的認識，對有機自旋電子器件的可能套用提供理論指導。