有机磁体器件自旋极化输运特性研究

【摘要】：有机自旋电子学是一门新兴学科，它主要基于有机功能材料研究自旋的产生、湮没及传输等自旋电子学现象及相关自旋器件的设计等。与传统无机材料相比，有机材料具有明显的优势，比如成本低，可大面积制作，并可通过物理或化学方法进行必要的人工“裁剪”，材料本身软的特性使得容易形成稳定的有机/金属接触界面等等。有机材料具有丰富的光电磁等特性，目前有机发光二极管（OLED）和有机显示器已经开始应用。 目前，人们研究的有机自旋器件主要分为两大类：第一类为铁磁/有机/铁磁形式的有机自旋阀器件，主要研究自旋从铁磁金属向有机体的注入、输运及磁电阻等现象。另一类为以有机磁性分子为中间层构建的自旋器件，它基于有机磁性分子自身的磁特性实现器件功能性。有机磁性材料通常可分为两类：一类为非纯有机铁磁性材料，主要包括高分子金属络合物和电荷转移聚合物，如［{Mn (hfac)2}3·R2］和M[ TCNE]x·yS等；另一类是不含金属离子的纯有机铁磁性材料，如poly-BIPO，m-PDPC和pyrro-PAN等。 本论文主要基于金属/有机磁体/金属三明治结构器件，以有机磁性分子ploy-BIPO为中间层，采用一维紧束缚SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型和格林函数方法，系统地研究了有机分子晶格和侧基自旋取向扰动对有机磁体器件自旋极化输运特性的影响以及有机磁体分子带电态的性质。 本论文的主要研究结果如下:1.晶格扰动的存在降低了器件的起始偏压，减小了导通电流，并使得电流-电压曲线的变化趋于线性，弱扰动下电流仍保持较高的自旋极化率；而侧基自旋取向扰动减小了体系的自旋劈裂，增加了器件的起始偏压，使得低偏压下的电流值及其自旋极化率降低。2.当有机磁体分子中进入一个电子时，会形成一个与反式聚乙炔中的极化子类似的准粒子，当两个具有相同自旋的电子进入分子内时，形成两个类似的准粒子。但当中进入两个具有不同自旋的电子时，分子内形成了两个与孤子类似的准粒子。本工作是对有机磁性材料性质研究的补充，对于进一步理解有机磁体的性质和有机功能器件的输运特性具有一定意义。