有機磁電阻效應的微觀機理研究.pdf

1、隨著有機半導體材料在有機電致發(fā)光器件、光伏電池和場效應管等器件中的廣泛應用，這些材料中載流子的自旋特性以及材料在磁場下的表現(xiàn)逐漸引起人們的關注。有機材料的自旋弛豫時間較長，因而是研究自旋操縱的理想材料。研究有機材料中載流子的自旋行為，不僅有利于將自旋應用于科技產(chǎn)品，而且有利于從理論上深入了解有機材料中的各種自旋相關現(xiàn)象。由于外加磁場可以改變有機半導體器件的注入電流、光電流、光致發(fā)光、電致發(fā)光等，有機半導體器件在磁場作用下的光電特性成為近

2、十幾年來一個備受關注的研究領域。
　　 有機磁電阻是有機材料表現(xiàn)出的一種典型實驗現(xiàn)象。有機材料在室溫和低磁場(～10mT)下的電阻變化率可達10％以上，遠遠超過無機非磁材料的室溫磁電阻率。自從2004年Francis報道相關工作以來，世界各地的實驗和理論工作者對此展開了深入的研究。但到目前為止，對有機磁電阻的產(chǎn)生機理還沒有形成統(tǒng)一的認識。本論文基于有機材料的結構特性和有機磁電阻的典型實驗現(xiàn)象，分析有機磁電阻的相關理論，將描述非晶

3、態(tài)材料的逾滲理論與現(xiàn)有的雙極化子理論結合，分析磁場對載流子濃度和躍跳躍遷移率的影響，在空間電荷限制電流框架下，深入研究了有機磁電阻的微觀機理。論文共分為五章，主要內容如下：
　　 第一章，首先介紹了有機材料的磁場效應和有機自旋電子學等背景知識，總結了有機材料在弱磁場作用下的各種特性，包括器件電阻、光電流、光致發(fā)光和電致發(fā)光等特性的磁場效應。然后系統(tǒng)地介紹了有機磁電阻現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其實驗和理論研究進展，對現(xiàn)有實驗結果和理論模型進行了

4、分類和對比分析。最后分析了需要解決的問題，給出了本論文的研究內容簡介。
　　 第二章，結合有機材料的無序性，詳細介紹了適用于有機材料的電學理論基礎知識。首先了介紹了有機半導體材料中的電子狀態(tài)、態(tài)密度和分子間躍遷幾率，然后給出了本文涉及到的空間電荷限制電流模型和逾滲理論，最后詳細討論了溫度、載流子濃度和電場對有機材料中載流子遷移率的影響。
　　 第三章，首先分析討論現(xiàn)有磁場作用理論，明確磁場對電流的影響形式，即磁場影響載流

5、子濃度配比和載流子遷移率。然后在空間電荷限制電流模型下討論載流子濃度配比變化對有機磁電阻的貢獻，得出負的有機磁電阻；其次，討論磁場影響載流子遷移率的方式，即存在磁場時的自旋相關散射；最后，結合逾滲理論討論載流子遷移率變化對有機磁電阻的貢獻，得到磁場遷移率表達式和正的有機磁電阻，進而討論電子相互作用、溫度、電壓、器件厚度等參數(shù)對有機磁電阻的影響。
　　 第四章，首先回顧現(xiàn)有有機磁電阻符號轉變的相關理論和典型實驗，結合現(xiàn)有理論對實驗

6、現(xiàn)象的分析，得出揭示有機磁電阻微觀機理的重要結論。其次討論了缺陷態(tài)對有機磁電阻的貢獻，解釋了單極注入器件中電子和空穴器件所表現(xiàn)出的磁電阻差異。第三，結合第三章討論的正負磁電阻圖像，得到同時包含正負磁電阻因素的統(tǒng)一有機磁電阻表達式，并對涉及磁電阻符號轉變的典型實驗現(xiàn)象進行了擬合分析。最后，結合三重態(tài)激子與載流子的相互作用及其與其它元激發(fā)之間相互轉化，初步討論了三重態(tài)激子對有機磁電阻的影響。
　　 第五章，對論文工作成果和不足之處進