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磁性复合有机纳米颗粒膜中的磁电阻效应

盛鹏  
【摘要】: 最近几年以来,人们对自旋电子学的研究已由无机材料领域扩展到有机材料领域。基于有机半导体材料的有机自旋电子学引起了人们的浓厚兴趣,并出现了很多有价值的成果。目前已实现有机半导体中的自旋注入和输运,由于其较长的自旋相干长度,而有望有着更广泛的应用。另一方面,颗粒膜作为一种人工功能材料,可以通过组分和微结构来调控其物理性质,并且无机磁性颗粒膜的磁电阻效应已被深入而广泛的研究。 在本文中,我们拟将小分子有机半导体引入磁性颗粒膜中,对磁性有机半导体纳米颗粒膜的微结构、磁性和输运性质进行系统研究,以望在新的体系中发现新的现象。 本论文的主要工作内容及创新之处归纳如下: 第一,磁性有机纳米颗粒膜Co_x(TPD)_(1-x)磁电阻效应的研究。 1,对不同组分的Co_x(TPD)_(1-x)磁性有机半导体颗粒膜的微结构和磁性进行了研究。发现其具有典型的颗粒膜特征,大小为2-5nm的磁性金属颗粒镶嵌在TPD基底中,并随着磁性组分的增加,金属颗粒之间间距减小,并逐渐形成金属网络。同时,磁性也从超顺磁性向铁磁性转变,并逐渐表现出各向异性特征。 2,对Co_(0.36)(TPD)_(0.64)颗粒膜样品进行了不同温度下的磁电阻效应研究,发现其存在负磁电阻效应。此外,随着温度的降低,电阻率和磁电阻效应单调增加。我们还对不同组分的Co_x(TPD)_(1-x)磁性有机半导体颗粒膜进行了研究,同样发现存在这一现象,但不同组分的现象有所差异。结合微结构、磁性和输运性质的分析,我们认为这来自于组分不同所带来的微结构的变化,且负磁电阻来自于隧穿磁电阻。 第二,基于Si衬底的Co-Alq_3磁性有机纳米颗粒膜中磁电阻转变的研究。 1,我们采用热蒸发的方法将Co_(0.38)(Alq_3)_(0.62)颗粒膜沉积在自然氧化的硅衬底(p=70Ω-cm,N型)上,形成Co-Alq_3/SiO_2/Si结构的复合样品。实验发现该样品在低温下存在负的磁电阻,而在200K以上存在正磁电阻。 2,我们通过低温和高温下输运行为的研究,发现正负磁电阻效应的产生机制:负磁电阻来自于磁性有机半导体颗粒膜中的隧穿磁电阻,而正磁电阻则来自于硅片中洛仑兹力引起的正常磁电阻。 3,我们选择电阻率不同的硅衬底,沉积Co_(0.46)(Alq_3)_(0.54)颗粒膜样品进行对比研究,我们给出了该体系中载流子传输的简化模型,利用这一模型解释了正负磁电阻效应的转变机制。并进一步对Co_x(Alq_3)_(1-x)(p=70Ω-cm的Si片为衬底)样品中不同磁性金属组分x对磁电阻效应和输运行为的影响进行了研究。


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