自旋電子注入效率

自旋電子注入效率是指自旋電子注入半導體的效率。自旋注入是實現自旋電子器件最基本的條件，較強的電場能夠提高自旋注入效率，同時可以通過調節自旋相關的界面電阻來提高T型有機自旋器件的自旋注入效率。

基本介紹

• 中文名：自旋電子注入效率
• 外文名：Spin injection efficiency
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：自旋電子學
• 定義：電子自旋注入半導體的效率
• 影響因素：電場和界面電阻

定義

自旋電子注入效率是指自旋電子注入半導體的效率。

自旋注入

自旋注入是實現自旋電子器件最基本的條件，隨著自旋電子學在磁性和非磁性金屬上的巨大成功，自旋注入半導體材料越來越受到人們關注。磁性材料俘導體界面的自旋注入是最基本的半導體自旋注入結構。作為自旋極化源的磁性材料有鐵磁金屬、磁性半導體和稀磁半導體三種。磁性半導體有較高的自旋注入效率，但是磁性半導體（如硫化銪）的生長極其困難，因此研究就集中在從稀磁半導體和鐵磁金屬向非磁半導體內的注入。稀磁半導體的鐵磁轉變溫度遠低於室溫，雖然理論預測某些材料的鐵磁轉變溫度可以高於室溫，但是在開發出可以在室溫下套用的稀磁半導體之前，鐵磁金屬/半導體的接觸仍然是實現從自旋注入、操縱到檢測全部電學控制的最有希望的方法。

自旋注入效率的電學探測

自旋極化場效應管運行的基本要求是從鐵磁金屬到半導體必須有較高的自旋注入效率。然而，由於半導體的電導率遠小於鐵磁體，所以實驗上很難實現從鐵磁到半導體的高自旋注入效率。儘管許多學者提出，鐵磁和半導體中電導率的匹配問題可以通過在它們中間增加一個絕緣層勢壘來改善，但其自旋注入效率與從磁性半導體到半導體中的自旋注入效率相比還是非常低的，儘管如此，勢壘的引入在介觀物理中仍然有很重要的套用。從磁性半導體到半導體的自旋注入效率可以達到90%，然而過低的溫度要求又限制了它在室溫條件下的套用。

為了探測從鐵磁FM（ferromagnet）到半導體SM（semiconductor）的自旋注入效率，可以通過增加另一個鐵磁體來形成一個鐵磁伴導體獻磁(FM /SM /FM)的雙結，通過直接測量此雙結的磁阻效應，從而得到從鐵磁（FM）到半導體（SM）節的自旋注入效率理論分析發現其隧道磁阻TMR（tunnelling magnetoreresistance）和自旋注入效率SIE（spin injection efficiency）之間有個普適關係：隧道磁阻是自旋注入效率的平亢這種平方關係在順序隧穿區和散射區都成立，除非雙結間半導體層厚度很長導致自旋翻轉效應的發生或中間的半導體層厚度小於其相位相干長度而導致磁阻中出現量子相干效應。

T型有機器件自旋注入效率

竇兆濤等考慮有機半導體中特殊的載流子電荷自旋關係，建立了一個自旋注入有機半導體的簡單的T型器件模型，運用自旋擴散理論計算得出了此模型的電流自旋極化率並與鐵磁/有機半導體異質結構的注入效率進行了比較。

T 型自旋極化注入模型

自旋擴散長度標誌著自旋注入強度的大小，它易受外界條件的影響，如溫度、外場以及外界壓力等。電場影響T型結構各分支中電流密度，進而影響此器件的電流自旋極化性質。我們只考慮電場對自旋擴散長度的影響，間接得到了電場對自旋極化電流的影響，並得出了關係式。通過計算發現，較強的電場能夠提高自旋注入效率，但不利於T型結構對自旋極化的放大。

通過計算發現可以通過調節自旋相關的界面電阻來提高T型有機自旋器件的自旋注入效率。界面電阻是能夠通過隧穿勢壘獲得的。有機半導體能夠在層結構上自組織生長規則的單層膜，而且能夠用來製作規則的自旋相關的隧穿勢壘。由於有機半導體具有自調節功能，可以形成一個比較小的界面電阻，同時人們可以調節界面電阻的自旋相關性，所以在T型器件中實現高效率的有機自旋注入是非常值得期待的。