磁性異質結的自旋注入及自旋輸運性質的研究.pdf

1、隨著巨磁電阻和隧道磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)，自旋電子學已成為凝聚態(tài)物理(或微電子學)中一個快速增長的領域，自旋注入和自旋輸運是當前被廣泛研究的課題。半導體是實現(xiàn)自旋輸運和信號放大的最佳材料，而其中有機半導體(OSE，organic semiconductor)柔性的原子結構使其容易與任何材料形成良好界面、降低注入勢壘，載流子獨特的電荷．自旋關系使它區(qū)別于通常的無機半導體。針對有機半導體自旋注入的研究剛剛起步，影響其自旋輸運的機制尚不明確。本論文

2、針對有機半導體體系，從經典輸運方程出發(fā)系統(tǒng)地研究并揭示了FM(鐵磁)/OSE(有機半導體)磁性異質結結構自旋注入和自旋輸運過程的主要影響機制，研究結果對自旋電子學器件研發(fā)可起到理論指導和推動作用。本論文的重要研究結果如下： 1．針對鐵磁/有機半導體自旋注入體系，在考慮極化子電導自旋相關性的基礎上，澄清了電場作用下有機半導體自旋注入的物理機制。研究結果表明：極化子電導自旋相關性的大小是自旋注入效率的控制性因素。即使在室溫下，電場的

3、微小變化對極化子電導的自旋相關性產生數(shù)量級的影響，可有效提高自旋注入效率；其次鐵磁/有機半導體自旋注入體系的尺寸效應也會對自旋注入效率產生作用，而且越是電導匹配好的體系，這種效應會越明顯；另外界面自旋翻轉效應大大降低了鐵磁/非磁性半導體/鐵磁異質結的隧穿磁電阻，這一事實證明界面自旋翻轉效應會對鐵磁體/非磁性半導體/鐵磁體異質結的隧穿磁電阻可以產生很重要的影響。 2．結合有機半導體載流子的特性，采用自旋漂移擴散方程，系統(tǒng)研究了電場

4、對有機半導體自旋流和有機半導體自旋極化率的影響，揭示了電場對有機半導體自旋極化過程的作用規(guī)律，是提高有機半導體自旋極化的研究領域中重要的理論結果，對設計有機半導體自旋量子器件具有指導作用。研究結果表明：隨著外電場的增大，極化子的有效自旋擴散長度也隨之增大，這直接導致電導自旋相關性的增加，并最終使FM/OSE體系自旋流、有機半導體的自旋極化率都隨電場的增大而增大。 3．針對有機半導體以及具有弱自旋軌道耦合的無機半導體，修正了有效磁

5、場作用下的自旋退相理論，并進一步研究了有機半導體的自旋退相機制，發(fā)現(xiàn)了偏壓對其自旋退相的作用規(guī)律，為發(fā)展半導體自旋場效應管提供了新的設計思路。針對自旋退相的理論模型，結合自旋流的物理意義，考慮了擴散對半導體自旋電子器件自旋輸出端自旋流的貢獻，拓展了該理論模型的適用范圍；而且在計入電場和溫度的影響后，修正得到的自旋壽命與實驗結果是一致的。對有機半導體的自旋退相研究表明：由于偏壓只對帶電的極化子產生作用，在自旋輸運層加同樣偏壓的情況下，有機