分子/铁磁界面自旋极化界面构型效应研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tq19822002
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在过去几十年,自旋电子学作为一门新兴学科迅速发展,引起了人们的广泛关注。有机自旋电子学是基于有机功能材料,研究电子自旋的注入、探测、输运、控制等的一门学科,是自旋电子学领域重要的组成部分。与无机自旋电子学相比,有机自旋电子学有着独特的优势。首先,有机材料的自旋-轨道相互耦合作用和超精细作用比较弱,自旋弛豫时间比较长,有利于自旋存储。其次,有机材料具有软特性,容易和铁磁材料形成良好的接触,不存在无机材料的界面电阻匹配问题,有利于自旋注入。此外,有机材料本身重量轻,成本低,种类多,易批量生产。因此,有机自旋电子学吸引了越来越多的目光。  目前,实验和理论上对有机自旋电子器件的研究主要分为两种:一是基于铁磁/有机/铁磁结构的有机自旋阀器件,研究电极磁矩变化对电阻的影响;二是利用有机磁性分子设计器件,基于分子自身的自旋特性实现器件功能性。对于有机自旋器件,有机分子和铁磁电极的界面自旋极化尤为重要,是实现自旋注入及输运的先决条件。有机/铁磁界面远比无机器件复杂,因为有机分子可以和电极形成化学键接触,界面存在轨道杂化,使界面自旋极化异于电极内部。同时,界面结构的复杂性多样性又会进一步影响界面轨道杂化,进而影响界面自旋极化。目前实验也表明,同一结构器件磁电阻特性可以有本质的不同,其中,有机/铁磁界面的多变性极有可能扮演重要角色。因此,理解有机/铁磁界面构型等器件微观细节在有机器件界面自旋极化中的作用,是理解有机器件自旋输运以及磁电阻等特性的前提。  本论文主要基于铁磁电极/有机分子异质结构,采用量子化学第一性原理方法,研究了有机/铁磁界面接触构型和界面夹角对界面自旋极化的影响。  本论文的研究结果如下:  1.采用苯双硫分子和镍电极,研究了分子垂直吸附于电极表面时的界面自旋极化,计算了 hollow, bridge和top等不同吸附构型下的界面自旋极化,发现界面自旋极化受接触构型的影响非常强烈,改变接触构型时自旋极化不仅大小发生变化,甚至正负也可能变化。通过分析轨道投影态密度,发现界面处分子末端硫原子的sp3杂化轨道和电极原子的:3d轨道发生了轨道杂化。我们还进一步模拟了分子机械可控断裂结实验中的界面,通过计算得到界面自旋极化,进一步由Julliere模型估算了磁电阻,得到的磁电阻与实验结果一致。  2.考虑到分子自旋阀器件的实际情况,我们研究了分子与铁磁电极表面成不同角度吸附时的界面自旋极化。结果发现,在0度角即分子平行吸附在电极表面时,分子中C原子的pz轨道以及末端S原子的sP3均与电极原子的d轨道发生了杂化,而垂直吸附时主要是末端S原子的sp3杂化与Ni原子d轨道的作用引起自旋极化现象。当分子与电极呈一定角度时,C原子和Ni原子的pz-d轨道杂化与S原子和N i原子的sp3-d轨道杂化可以同时存在。pz-d轨道杂化随夹角增大迅速衰减,使得C原子的pz轨道自旋极化随夹角增大迅速减小,sp3-d杂化对角度的依赖性较小,因此在大角度时末端S原子的自旋极化对费米面处的自旋极化贡献较大。研究表明,可通过改变分子与电极表面夹角来改变界面自旋极化的正负和大小。
其他文献
量子信息论是一门有关量子力学、信息科学和数学等学科相结合的新兴交叉学科,其主要任务是利用量子力学效应来实现信息处理。另外,通过量子信息的学习,可以更好的理解物理与信息
近年来,随着煤矿业、环境监测、石油化工等行业对甲烷气体浓度检测的重视,可靠、实时、快速越来成为甲烷气体检测的追求方向。光纤传感器其抗电磁干扰力强、灵敏度高、重量轻
自旋电子学的飞速发展及其在电子器件领域的实用性使得磁性半导体成为当前的研究热点。近些年来许多研究小组成功地制备出了具有室温铁磁性的稀磁半导体材料,但是在稀磁半导体
量子信息学是二十世纪八十年代兴起的一门整合了量子力学和信息科学的新兴学科。作为量子信息学的核心部分,量子纠缠为有效地实现量子通信和量子计算供了重要的物理资源,并且
学位