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外电场下有机/铁磁多层结构的电荷注入和电荷输运之研究

孟未峰  
【摘要】:自上个世纪七十年代掺杂后的低维有机高聚物被发现具有导电性质以来,有机导电高聚物因其具有良好电学、光学、磁学等物理特性以及质量轻、柔性好等力学性质而受到了功能材料领域研究者的青睐,进而促使大量学者开始从实验上和理论上针对其载流子结构、导电机理、发光机制和磁效应等物理特性进行了广泛的研究和讨论。研究表明,与传统无机材料不同,有机导电高聚物中的载流子不再是传统的电子或者空穴,而是孤子、极化子、双极化子和激子等非线性元激发。其中只有中性孤子和极化子是带有自旋的,而其他类型的载流子不带自旋。近年来巨磁电阻和隧道磁电阻先后被发现,引发了一场关于磁存储和记录的革命,并由此产生了围绕自旋电荷的注入和输运以及自旋极化的全新领域—自旋电子学。由于有机导电高聚物材料物理和化学性质的特殊性,有机自旋电子学很快成为新的研究热点。因为存在较弱的自旋—轨道耦合和超精细相互作用,所以有机导电高聚物中的载流子相应的自旋扩散长度比较长,因而有机导电高聚物是比较理想的实现自旋极化输运的材料之一。目前关于有机自旋电子学的研究刚刚开始,理论上预言了一些自旋相关的现象,实验上也证实了有机体内可以存在自旋极化的电流。本文的主要研究工作如下:1.论文的第三章,我们以铁磁/聚乙炔/铁磁三层结构为研究对象,利用扩展的SSH哈密顿模型,讨论了界面耦合常数、铁磁原子自旋劈裂强度、电子—电子相互作用分别对系统的电荷注入、自旋极化以及有机层内载流子的转化的影响。研究发现,随着界面耦合常数的增大,有机层内自旋极化率增大,极化深度保持不变;铁磁原子自旋劈裂强度J和电子—电子相互作用对系统的载流子转化均有重要影响,随着二者强度增加,会促使有机层内主要载流子—不带自旋的双极化子转为带1/2自旋的极化子。2.论文的第四章,我们以铁磁/聚乙炔/铁磁/聚乙炔/铁磁五层结构为研究对象,利用扩展的SSH哈密顿模型,讨论外电场下系统中载流子的输运情况。研究发现,在铁磁/聚乙炔多层结构上施加外电场后,有机层内带自旋的极化子发生了层间的传递,实现了自旋极化的传导。


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