《高遷移率有機自旋電子器件的製備及自旋輸運特性研究》是依託山東大學，由龐智勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高遷移率有機自旋電子器件的製備及自旋輸運特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：龐智勇
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在有機自旋電子學研究領域，一方面，有機半導體的自旋軌道耦合及超精細相互作用非常弱，自旋馳豫時間極長，在自旋電子學及量子計算等領域有極大潛力；另一方面，通過實驗方法獲得的自旋擴散長度卻只有幾十納米，這就使得製備相關自旋電子器件受到很大限制。其中一個主要原因是有機半導體材料的遷移率太低。然而目前大家關注的焦點集中在自旋注入與自旋馳豫機制，遷移率的問題受到嚴重忽視，相關研究非常缺乏。本課題從研製高性能有機自旋電子器件出發，重點關注遷移率對有機半導體自旋擴散長度及有機自旋電子器件性能的影響，通過設計製作多個具有不同遷移率的系列材料及多種基於較高遷移率有機材料的自旋電子器件，深入研究其自旋相關輸運特性，並力求揭示其內在機理，在此基礎之上，摸索有機半導體材料與器件中較長自旋擴散長度的實現方法，力爭在目前基礎上將其提高一個數量級以上，為研製高性能實用有機自旋電子及光電子器件提供基礎。
結題摘要
按照研究計畫，我們全面摸索了多系列有機小分子材料及多種具有較高遷移率的有機單晶材料的製備方法及工藝條件，製備出了多種有機小分子薄膜材料和晶體材料，並對製備的材料進行了系統深入的表征和測試，分析了材料的光、電、磁等各項物理性質。在材料研究的基礎上，我們利用紫外曝光套刻工藝製作了基於不同鐵磁電極材料的自旋極化電極並製備了水平結構底接觸有機單晶自旋二極體器件，並研究了其器件特性。主要包括：（1）利用真空熱蒸發方法製備了一系列的具有相似結構性能的8-羥基喹啉金屬配合物薄膜，如8-羥基喹啉鋁、8-羥基喹啉鎵、8-羥基喹啉鈹、8-羥基喹啉鐵、8-羥基喹啉鈷等，並對其進行了全面的結構性質研究以及自旋輸運研究； （2）製備了多系列金屬摻雜有機小分子薄膜材料，利用同步輻射光源EXAFS首次精確測定了金屬雜質原子最近鄰原子的類型、配位數及鍵長等數據，並研究了金屬摻雜對材料物理性質及自旋輸運的影響；（3）選取了幾種已知的具有較高遷移率的有機小分子材料如並五苯、紅熒烯、酞菁銅等，以及有機自旋電子器件中使用最廣泛的8-羥基喹啉材料，利用物理氣相沉積方法，製備出了毫、厘米級的有機單晶和微納尺度的分子晶體材料，並對其結構性質進行了全面研究；（4）利用簡易溶液方法製備了多種有機晶體材料，深入研究了其結構及光電性質；（5）利用紫外套刻工藝及電子束蒸發，製作了間距約2微米的兩自旋極化電極，成功實現了兩電極矯頑場的分別反轉。在此基礎上，我們製作了水平結構底接觸有機單晶自旋二極體器件，其中Ni/rubrene/Co器件在200 K低溫下I-V特性表現出明顯的磁場依賴，其在30 V偏壓和1 T磁場時磁電阻可以達到約50%，顯示高遷移率有機自旋電子器件中的自旋擴散長度有可能超過微米級。目前本項目已經在Appl. Phys. Lett.、Journal of Applied Physics、Journal of Crystal Growth、Optics Express等刊物發表SCI論文5篇，申請國家發明專利1項，培養博士生3名，碩士生4名，達到了本項目的預期目標。
