融合磁學技術的納米隧道結電致發光研究

《融合磁學技術的納米隧道結電致發光研究》是依託華東師範大學，由張曉磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：融合磁學技術的納米隧道結電致發光研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張曉磊
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

本項目將利用配備低溫磁場的高分辨掃描隧道顯微鏡，結合高效率的光學收集和檢測系統，實現巨觀磁場、磁性探針以及局域化的磁結構影響下的可控的納米隧道結電致發光，展示隧道結中納米磁結構或有機光電分子在納米環境中的光、電、磁行為，了解隧道結中電子的注入和激發、載流子輸運、能量轉移、界面性質、局域自旋變化以及磁場參與下的電子、光子、聲子的轉化和耦合，探尋電場、磁場對發光材料光學性能影響的機制，尋找納米環境中電-光、磁-光轉化效率提高的方法，結合包含光子強度和光譜信息的光子圖，提高STM的化學分辨能力。並通過與理論組合作，對隧道結中的電學性質、電光轉化、磁場效應等進行模擬和計算，研究納米尺度上電、磁作用下的發光本質。. 本項目將為納米磁光電器件、量子信息技術以及能源科學提供嶄新而直接的基礎信息和最佳化指南。

結題摘要

由於半導體微電子器件的發展日益趨於極限, 納米器件的研發吸引了眾多科學家的目光。利用外場對納米結構的性能進行檢測和調控，對功能納米器件發展具有重要的意義，近年來掃描隧道顯微鏡（STM）誘導發光以及STM與磁學技術的結合有很多開創性的進展。我們建立和最佳化一套“高分辨低溫超高真空STM-磁學-光學複合系統”，並結合磁場和雷射技術，開展多種樣品體系（金屬、半金屬、半導體、磁性薄膜、有機分子膜等）的納米尺度探針誘導發光的實驗研究。 我們在 “高分辨低溫超高真空STM”的設備基礎上，與公司共同設計改進，配置低溫磁場系統和四透鏡視窗系統，實現“高分辨低溫超高真空STM-磁學-光學複合系統”的穩定工作，可用於原位超高真空樣品的探針或雷射激發，是認知納米尺度電子傳輸、能量轉移、激子衰變等物理本質的有力工具。 本項目研究了“雲母片表面鋅卟啉（ZnTPP）分子納米島的螢光增強效應”。觀測到分子納米島聚集狀態對光譜線形的影響和螢光強度的激增，我們的研究結果對提高有機分子薄膜體系的發光效率以及微納加工分子發光增強型器件具有一定的參考意義。 本項目研究了“納米尺度卟啉分子二聚體的組裝構型和STM誘導發光”。我們表征了納米尺度分子堆積過程、排列構型、聚集狀態等對納米尺度螢光狀態的影響，觀測到隨著分子層數的增多，分子單體向二聚體的轉變（形貌與光譜），對拓寬有機分子電致發光器件的光譜範圍和設計功能性分子光電器件具有基礎的指導意義。 本項目研究了“磁性薄膜材料的雷射誘導超快自旋動力學”， 基於磁光克爾效應的泵浦-探測技術，測量了成分比不同的磁性薄膜的超快自旋動力學過程，發現了兩步退磁的現象，並結合四溫度模型給予合理的解釋，增進了對雷射輔助磁存儲技術物理本質的認識。 本項目研究了“CoTPP分子薄膜的自組裝和發光”， 通過STM高度局域化的偏壓調控，改變Co原子和卟啉核之間的相互作用，得到原本無螢光的卟啉分子發光，開展了自製磁性針尖對樣品進行表征和誘導發光的實驗，驗證了磁場作用下STM系統表征樣品的穩定性，對納米尺度分子光電器件的發展具有一定的指導意義。 此外，我們在設備改進和實驗測量的基礎上，研發了幾項輔助實驗測量的專利系統，包括可調節針尖腐蝕系統、飛秒脈衝寬度測量系統、快速精密短程光學延時系統和鐵磁材料太赫茲介電常數的測量系統。