“La_（0.67）Ca_（0.33）MnO_3/Alq_3/Co”三明治结构有机自旋阀器件

【摘要】： 电子既是电荷的载体，又是自旋的载体。以研究和控制电子的荷电特性及其输运特性为主要内容的微电子学，作为二十世纪人类最伟大的成就之一，极大地推动了社会的进步，使人类进入了信息时代。但是在传统微电子学之中，电子只是被当作电荷的载体，它的自旋特性一直未被引起重视。二十世纪八十年代末，巨磁电阻效应(GMR，Giant magnetoresistance)的发现引发了磁存储和磁记录领域的革命，其重要的应用前景极大地激发了人们对磁性材料输运的兴趣，并在此基础上逐渐形成了一门以研究、利用和控制自旋极化的电子输运过程为核心的新兴学科：自旋电子学(Spintronics)。 自旋电子学基于磁学和微电子学，它不但研究电子电荷的输运特性，同时也研究电子自旋在材料中的输运特性，并设计开发基于电子自旋相关效应下工作的器件。自旋电子器件有希望同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的传输和存储，这会大大提高现有电子器件的工作速度和效率。利用电子的自旋还可能制备出具有全新物理性能的半导体电子器件，甚至实现量子计算和量子通讯。 为了与现有的微电子学成就相结合，人们对半导体中的自旋现象进行了广泛的研究，但是传统无机半导体大多是非磁性物质不含磁性粒子，并且晶格结构与磁性材料也有不同。与传统无机半导体相比，有机半导体具有自旋—轨道相互作用和超精细相互作用较弱、自旋扩散长度较长的优点，并且由于其自身“软物质”的特点晶格匹配问题较小，所以有机半导体成为自旋输运理想的候选材料。尤其随着有机自旋阀研究的不断开展，探寻有机自旋阀中自旋的注入和输运规律，不仅对自旋电子学研究具有重要意义，而且还能进一步加深我们对有机材料的物理本质和生命系统的理解。 本文中我们使用La_(0.67)Ga_(0.33)MnO_3为底电极、金属Co为顶电极、小π共轭分子金属配合物8-羟基喹啉铝(Alq_3)作为有机中间层，利用真空热蒸发方法制作了“LCMO／Alq_3／Co”三明治结构有机自旋阀器件。我们在有机层厚度为150nm的器件中30K低温下观察到了约50％的反常巨磁电阻效应，利用Mott二流体模型对其成因进行了简单解释。我们测量了不同温度下器件磁电阻大小，发现器件磁电阻随温度增加而迅速减小，并且从有机自旋阀磁电阻表达式出发对其进行了简单分析，定性得到了获得高温磁电阻的几个充分条件。我们将器件较高的自旋注入效率归因于LCMO和有机半导体的电导率比较接近，发现G．Schmidt等人关于自旋注入无机半导体的理论在有机半导体中也有类似规律。我们解释了为什么在“LCMO／Alq_3／Co”结构有机自旋阀器件中没有观察到明显的高场磁电阻效应并且对钴的矫顽场和有机失效层厚度的差异进行了分析。