有機自旋器件磁性滲透層中雙極化子對自旋極化輸運的影響.pdf

1、2002年Dediu研究組首次在La0.7Sr0.3MnO3/T6/La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)三明治納米結構中觀察到了負磁電阻，表明有機半導體器件內(nèi)存在自旋極化輸運現(xiàn)象。隨后，關于有機自旋電子學的研究成為了人們關注的熱點。有機自旋電子學是將有機材料與自旋電子學相結合，研究有機器件中自旋注入、輸運、探測和操控等物理現(xiàn)象和機制的學科。由于有機半導體(Organic semiconductors，簡記為OSC)的“軟”性，可以和

2、接觸面形成良好的接觸，能有效地減少自旋在界面處的散射。同時，有機材料本身弱的自旋-軌道耦合和超精細相互作用使載流子具有較長的自旋擴散時間，使其成為自旋極化輸運的理想材料。另外，有機半導體中的載流子是極化子、雙極化子和孤子等準粒子，它們具有更復雜的電荷-自旋關系，這使得有機自旋器件具有更豐富的特性。
　　根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)的有機器件如“Co/有機半導體/LSMO”，磁性原子(Co)會滲透進柔軟的有機層，形成磁性滲透層。張玉濱等人基于經(jīng)典自

3、旋相關的漂移-擴散方程探討了磁性滲透層對器件自旋極化輸運和磁電阻的影響。但是他們忽略了雙極化子在輸運過程中的作用。與傳統(tǒng)的非有機半導體不同，有機半導體中的自旋弛豫包括兩方面的因素:一個因素是極化子的自旋反轉效應;另一個因素是極化子和雙極化子之間的轉化。雖然不攜帶自旋的雙極化子對自旋極化沒有貢獻，但是雙極化子的存在會影響極化子的分布，從而影響自旋極化輸運。本論文同樣基于自旋相關的漂移-擴散方程，結合磁性滲透層的特點，詳細討論了雙極化子的加

4、入對自旋極化輸運的影響，研究結果如下:
　　(1)考慮了極化子和雙極化子遷移率對自旋極化輸運的影響。由于Co原子的額外散射，載流子在磁性滲透層中的遷移率將小于純凈的有機層。計算發(fā)現(xiàn)隨著極化子遷移率的增加，雙極化子達到飽和濃度時對應的坐標值增大。由于極化子-雙極化子之間的轉化效應，雙極化子濃度達到飽和狀態(tài)的位置坐標越大，越有利于自旋極化輸運的保持。同時，令極化子遷移率不變，考察雙極化子遷移率的影響，發(fā)現(xiàn)在磁性滲透層中，雙極化子遷移率

5、的取值越小，自旋極化率的衰減越快。
　　(2)考慮了自旋反轉時間劈裂的影響。由于滲透層中雜質(zhì)原子或團簇的磁化作用，使得攜帶相反自旋的極化子反轉其自旋所用的時間不同，產(chǎn)生自旋反轉時間的劈裂。計算結果表明，與在磁性滲透層中不考慮雙極化子的情況類似，自旋反轉時間劈裂越大，自旋極化率在磁性滲透層中的衰減越緩慢，越有利于自旋極化輸運。研究還發(fā)現(xiàn)，在磁性滲透層中極化子自旋反轉時間的劈裂是引起自旋馳豫的主要因素，而極化子和雙極化子之間的轉化是次