T型有机器件自旋注入性质的理论研究

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二十世纪取得巨大成功的微电子学是以电子的电荷为基础的,而没有考虑电子的自旋这一特性。巨磁阻效应及隧道磁电阻的发现引发了磁存储和磁记录领域的革命,之后人们对电子的自旋性质产生了极大的兴趣和热情,并产生了一门全新的学科——自旋电子学。自旋电子学是一门围绕电子自旋的控制、输运、测量等的学科。在微电子学的研究领域,当器件尺寸进入纳米尺度时会出现量子效应,从而影响未来大规模集成电路的发展。自旋与电荷相比,有着数据处理快,能耗低集成度高,稳定性好等优点。利用电子自旋将会制作出全新的物理半导体器件,甚至实现量子存储和量子计算,因而自旋电子将有可能取代微电子成为工业的主流。要实现上述愿望,就必须实现自旋的有效注入和相关输运,因此目前自旋电子学研究最广泛和热门的问题就是自旋的注入和输运。自旋注入的构型有铁磁金属注入非磁性半导体,铁磁金属注入导体,铁磁金属注入超导体,磁性半导体注入非磁性半导体等。半导体的自旋注入,一般采用铁磁/非磁性半导体基本构型。在非磁性半导体中有机半导体相比无机半导体又有很多优点,如变形能力强、韧性高、大范围内可调的电性质等。特别的,有机半导体具有较弱的自旋-轨道相互作用和弱的超精细相互作用,因此有机半导体是较为理想的自旋注入材料之一。2002年,Dediu等首次实现了有机材料齐分子聚合物六噻吩T6(sexithie nyl)中的自旋注入和相关输运。理论方面,人们分别用量子理论及自旋扩散漂移理论研究铁磁/有机系统的自旋注入与输运性质。近年来人们对于自旋注入和相关输运做了大量的工作,不过自旋注入效率在室温时都比较低。本文基于自旋扩散漂移理论和欧姆定律,研究了T型有机器件的自旋注入性质,并与铁磁/有机半导体异质结构器件的自旋注入做了比较,同时讨论了电场和磁场等对T型有机器件自旋注入性质的影响。具体内容和基本结果如下:1、建立T型有机器件模型提高自旋注入效率建立了一个T型结构的有机器件,从铁磁层注入自旋极化电流,从另外两个有机半导体端流出,通过控制两有机半导体端电流的大小来获得自旋注入的放大。基于自旋扩散漂移方程和欧姆定律,理论研究了电场对T型结构中的的铁磁/有机半导体界面电流自旋极化性质的影响,并与铁磁/有机半导体异质结构界面电流自旋极化性质做了比较。发现T型结构中的铁磁/有机半导体界面的自旋极化有明显的提高,并且改变电场,极化子比率,电导率等会改变T型有机器件的自旋注入效率。2、磁场对T型结构有机器件自旋注入效率的影响在存在外加磁场的情况下,基于自旋扩散漂移方程和欧姆定律,理论研究了磁场对T型结构有机器件电流自旋极化性质的影响。通过计算发现,随着磁场的增加,T型器件结构中铁磁/有机半导体界面处的电流自旋极化率有了一定程度的提高,同时研究了外加磁场下极化子比率等对自旋注入性质的影响。3、建立双T型的有机自旋器件并研究其电流自旋极化率性质。基于自旋极化放大的T模型,我们建立了一个双T型有机自旋器件模型,并从扩散方程和欧姆定律出发研究了双T型器件的电流分流比及有机半导体内极化子比率等对电流自旋极化性质的影响。
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