磁性異質(zhì)結(jié)的自旋注入及自旋輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著巨磁電阻和隧道磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，自旋電子學(xué)已成為凝聚態(tài)物理(或微電子學(xué))中一個(gè)快速增長的領(lǐng)域，自旋注入和自旋輸運(yùn)是當(dāng)前被廣泛研究的課題。半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)自旋輸運(yùn)和信號放大的最佳材料，而其中有機(jī)半導(dǎo)體(OSE，organic semiconductor)柔性的原子結(jié)構(gòu)使其容易與任何材料形成良好界面、降低注入勢壘，載流子獨(dú)特的電荷．自旋關(guān)系使它區(qū)別于通常的無機(jī)半導(dǎo)體。針對有機(jī)半導(dǎo)體自旋注入的研究剛剛起步，影響其自旋輸運(yùn)的機(jī)制尚不明確。本論文

2、針對有機(jī)半導(dǎo)體體系，從經(jīng)典輸運(yùn)方程出發(fā)系統(tǒng)地研究并揭示了FM(鐵磁)/OSE(有機(jī)半導(dǎo)體)磁性異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)自旋注入和自旋輸運(yùn)過程的主要影響機(jī)制，研究結(jié)果對自旋電子學(xué)器件研發(fā)可起到理論指導(dǎo)和推動作用。本論文的重要研究結(jié)果如下： 1．針對鐵磁/有機(jī)半導(dǎo)體自旋注入體系，在考慮極化子電導(dǎo)自旋相關(guān)性的基礎(chǔ)上，澄清了電場作用下有機(jī)半導(dǎo)體自旋注入的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明：極化子電導(dǎo)自旋相關(guān)性的大小是自旋注入效率的控制性因素。即使在室溫下，電場的

3、微小變化對極化子電導(dǎo)的自旋相關(guān)性產(chǎn)生數(shù)量級的影響，可有效提高自旋注入效率；其次鐵磁/有機(jī)半導(dǎo)體自旋注入體系的尺寸效應(yīng)也會對自旋注入效率產(chǎn)生作用，而且越是電導(dǎo)匹配好的體系，這種效應(yīng)會越明顯；另外界面自旋翻轉(zhuǎn)效應(yīng)大大降低了鐵磁/非磁性半導(dǎo)體/鐵磁異質(zhì)結(jié)的隧穿磁電阻，這一事實(shí)證明界面自旋翻轉(zhuǎn)效應(yīng)會對鐵磁體/非磁性半導(dǎo)體/鐵磁體異質(zhì)結(jié)的隧穿磁電阻可以產(chǎn)生很重要的影響。 2．結(jié)合有機(jī)半導(dǎo)體載流子的特性，采用自旋漂移擴(kuò)散方程，系統(tǒng)研究了電場

4、對有機(jī)半導(dǎo)體自旋流和有機(jī)半導(dǎo)體自旋極化率的影響，揭示了電場對有機(jī)半導(dǎo)體自旋極化過程的作用規(guī)律，是提高有機(jī)半導(dǎo)體自旋極化的研究領(lǐng)域中重要的理論結(jié)果，對設(shè)計(jì)有機(jī)半導(dǎo)體自旋量子器件具有指導(dǎo)作用。研究結(jié)果表明：隨著外電場的增大，極化子的有效自旋擴(kuò)散長度也隨之增大，這直接導(dǎo)致電導(dǎo)自旋相關(guān)性的增加，并最終使FM/OSE體系自旋流、有機(jī)半導(dǎo)體的自旋極化率都隨電場的增大而增大。 3．針對有機(jī)半導(dǎo)體以及具有弱自旋軌道耦合的無機(jī)半導(dǎo)體，修正了有效磁

5、場作用下的自旋退相理論，并進(jìn)一步研究了有機(jī)半導(dǎo)體的自旋退相機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了偏壓對其自旋退相的作用規(guī)律，為發(fā)展半導(dǎo)體自旋場效應(yīng)管提供了新的設(shè)計(jì)思路。針對自旋退相的理論模型，結(jié)合自旋流的物理意義，考慮了擴(kuò)散對半導(dǎo)體自旋電子器件自旋輸出端自旋流的貢獻(xiàn)，拓展了該理論模型的適用范圍；而且在計(jì)入電場和溫度的影響后，修正得到的自旋壽命與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。對有機(jī)半導(dǎo)體的自旋退相研究表明：由于偏壓只對帶電的極化子產(chǎn)生作用，在自旋輸運(yùn)層加同樣偏壓的情況下，有機(jī)