鐵磁/單層分子複合納米顆粒材料中的自旋注入研究

《鐵磁/單層分子複合納米顆粒材料中的自旋注入研究》是依託山西大學，由王申擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鐵磁/單層分子複合納米顆粒材料中的自旋注入研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王申
• 依託單位：山西大學

項目摘要

本項目主要針對當下有機自旋電子學面臨的自旋在鐵磁金屬與有機分子界面上的注入機制問題，利用化學自組裝方法製備單分子層包裹的鐵磁納米顆粒體系，研究鐵磁金屬與有機分子之間的界面特性對自旋注入的影響。我們的前期工作已成功製備出了單分子層包裹的鐵磁納米顆粒體系，並且證明在此體系中可以直接測量有機單分子的自旋輸運性質，從而得到零偏壓下的自旋注入以及輸運性質。實驗工作分為兩個部分：一是通過選擇有機分子成鍵端官能團，改變有機分子與鐵磁金屬之間的鍵能，調控磁性納米顆粒與有機分子界面的勢壘，分析磁輸運性質隨界面勢壘高度的變化，研究界面勢壘對自旋注入的影響。二是在共軛π電子的有機分子中選取分子尾端的官能團，改變分子共軛π電子云的分布，調控鐵磁金屬與有機分子之間的電極化強度，分析磁輸運性質隨界面間電極化強度的變化，研究鐵磁/有機分子界面的電場對自旋注入的影響。

結題摘要

有機材料作為一種新興材料，相較於無機材料而言，在自旋電子學的套用中具有一系列不可替代的優良特性。雖然有機自旋電子學的重要性已成為普遍共識，但是現階段在基礎研究工作中還存在許多基本問題沒有一個公認的清晰物理機制，例如鐵磁金屬與有機分子界面的輸運機制、自旋注入機制以及自旋散射機制等。本項目主要針對當下有機自旋電子學面臨的自旋在鐵磁金屬與有機分子界面上的注入機制問題，利用化學自組裝方法製備單分子層包裹的鐵磁納米顆粒體系，研究鐵磁金屬與有機分子之間的界面特性對自旋注入的影響。首先我們成功製備了單分子層包裹的鐵磁納米顆粒體系，並且證明此體系是由磁性分子隧道結組成的網路體系，能夠通過測量此體系的磁、電輸運性質得到被組裝的有機分子的自旋輸運性質，為開展下一步的實驗工作奠定了重要的基礎；其次通過選擇不同的系列有機分子成鍵端官能團，改變有機分子與鐵磁金屬之間的鍵能，調控磁性納米顆粒與有機分子界面的勢壘，分析磁輸運性質隨界面勢壘高度的變化，研究界面勢壘對自旋注入的影響。我們選擇了羧酸官能團（-COOH）、磺酸官能團（-SO3H）以及苯磺酸官能團（-C6H6O3S）的飽和直鏈有機分子作為磁性分子隧道結中的有機分子，系統測量了磁、電輸運性質。發現在飽和直鏈有機分子組成的磁性分子隧道結中，分子與鐵磁金屬的結合方式決定了隧穿勢壘的高度，界面處的電子態密度決定了隧穿電阻值，硫原子（S）是自旋散射的主要來源；最後我們通過改變磁性分子隧道結製備過程中的氣氛，調控鐵磁金屬與有機分子之間的電極化強度，對比在空氣中和在氮氣中製備的磁性分子隧道結的磁、電輸運性質，進一步驗證了分子與鐵磁金屬的結合方式決定了隧穿勢壘的高度，界面處的電子態密度決定了隧穿電阻值。綜上所述，該項目的研究成果豐富了有機分子與鐵磁金屬界面處的輸運性質研究內容，推動了自旋在鐵磁金屬與有機分子界面上的注入機制問題的研究和理解。