有機(jī)自旋器件磁性滲透層中雙極化子對(duì)自旋極化輸運(yùn)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(jié)構(gòu)中觀察到了負(fù)磁電阻，表明有機(jī)半導(dǎo)體器件內(nèi)存在自旋極化輸運(yùn)現(xiàn)象。隨后，關(guān)于有機(jī)自旋電子學(xué)的研究成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。有機(jī)自旋電子學(xué)是將有機(jī)材料與自旋電子學(xué)相結(jié)合，研究有機(jī)器件中自旋注入、輸運(yùn)、探測(cè)和操控等物理現(xiàn)象和機(jī)制的學(xué)科。由于有機(jī)半導(dǎo)體(Organic semiconductors，簡(jiǎn)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(shí)，有機(jī)材料本身弱的自旋-軌道耦合和超精細(xì)相互作用使載流子具有較長(zhǎng)的自旋擴(kuò)散時(shí)間，使其成為自旋極化輸運(yùn)的理想材料。另外，有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子是極化子、雙極化子和孤子等準(zhǔn)粒子，它們具有更復(fù)雜的電荷-自旋關(guān)系，這使得有機(jī)自旋器件具有更豐富的特性。
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的有機(jī)器件如“Co/有機(jī)半導(dǎo)體/LSMO”，磁性原子(Co)會(huì)滲透進(jìn)柔軟的有機(jī)層，形成磁性滲透層。張玉濱等人基于經(jīng)典自

3、旋相關(guān)的漂移-擴(kuò)散方程探討了磁性滲透層對(duì)器件自旋極化輸運(yùn)和磁電阻的影響。但是他們忽略了雙極化子在輸運(yùn)過(guò)程中的作用。與傳統(tǒng)的非有機(jī)半導(dǎo)體不同，有機(jī)半導(dǎo)體中的自旋弛豫包括兩方面的因素:一個(gè)因素是極化子的自旋反轉(zhuǎn)效應(yīng);另一個(gè)因素是極化子和雙極化子之間的轉(zhuǎn)化。雖然不攜帶自旋的雙極化子對(duì)自旋極化沒有貢獻(xiàn)，但是雙極化子的存在會(huì)影響極化子的分布，從而影響自旋極化輸運(yùn)。本論文同樣基于自旋相關(guān)的漂移-擴(kuò)散方程，結(jié)合磁性滲透層的特點(diǎn)，詳細(xì)討論了雙極化子的加

4、入對(duì)自旋極化輸運(yùn)的影響，研究結(jié)果如下:
　　(1)考慮了極化子和雙極化子遷移率對(duì)自旋極化輸運(yùn)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(jī)層。計(jì)算發(fā)現(xiàn)隨著極化子遷移率的增加，雙極化子達(dá)到飽和濃度時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值增大。由于極化子-雙極化子之間的轉(zhuǎn)化效應(yīng)，雙極化子濃度達(dá)到飽和狀態(tài)的位置坐標(biāo)越大，越有利于自旋極化輸運(yùn)的保持。同時(shí)，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(zhuǎn)時(shí)間劈裂的影響。由于滲透層中雜質(zhì)原子或團(tuán)簇的磁化作用，使得攜帶相反自旋的極化子反轉(zhuǎn)其自旋所用的時(shí)間不同，產(chǎn)生自旋反轉(zhuǎn)時(shí)間的劈裂。計(jì)算結(jié)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(zhuǎn)時(shí)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(yùn)。研究還發(fā)現(xiàn)，在磁性滲透層中極化子自旋反轉(zhuǎn)時(shí)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(zhuǎn)化是次