有机铁磁体中的载流子特性研究

论文摘要

有机自旋电子学作为新兴研究领域,受到物理与化学科学家的广泛关注。有机材料在自旋电子学具有许多优势。首先,与无机材料相比,有机材料中的自旋-轨道耦合作用和超精细相互作用较弱,从而导致自旋弛豫时间较长,有利于电子自旋存储。这是因为有机材料几乎主要由C、H、O、N、S等轻原子构成,原子序数较小,而且C原子以C12为主,核自旋为零。其次,有机材料具有“软”特性,容易和铁磁材料构成稳定的接触,降低界面势垒,有利于电子自旋注入,甚至界面处还可发生轨道杂化,对界面自旋极化进行调制。此外,有机材料的电子-晶格相互作用很强,这导致注入到有机材料中的电子以局域态的形式存在,形成各种非线性元激发,如孤子、极化子、双极化子等,各自具有不同的电荷-自旋关系,自旋输运形式也比无机材料更为丰富。因此,有机材料在自旋器件构建方面具有独特的优势,理解其内部自旋的产生、输运及功能性是有机自旋电子学关注的热点。目前,有机自旋器件的研究主要分为两个方向:一个是基于有机半导体作为中间层,两侧为铁磁电极的自旋器件,主要研究电极与有机半导体之间的自旋注入、输运及磁电阻等现象。另一个是以有机磁体作为中间层的自旋器件,利用有机磁体自身的磁特性实现自旋功能性,有利于设计内禀的有机自旋器件,对两侧电极要求不高。有机磁性分子主要以人工方法合成,由于它同时结合了有机材料的“软”特性以及磁性材料的磁特性,从而成为有机自旋电子学领域人们加倍关注的焦点。目前,基于有机磁体设计自旋器件已有相关的实验和理论研究,表明了有机磁体在自旋器件应用中的良好前景。然而,当前理论研究主要基于有机磁体基态特性,对有机磁体中的非线性载流子性质研究较少,而这是理解有机磁体电子输运的前提。本论文利用Anderson+SSH（Su-Schrieffer-Heeger）模型,研究了有机铁磁体中的极化子特性,进一步考虑有机铁磁分子同电极耦合,研究了界面自旋极化及电荷自旋转移特性。本文具体的研究内容如下:1.利用Anderson模型,计入电子-晶格相互作用及电子-电子相互作用项,我们计算了poly-BIPO分子基态及掺杂一个电子后的极化子态的电荷自旋特性。研究结果表明,基态下,poly-BIPO分子晶格二聚化,主链存在自旋密度波,侧基自旋成铁磁态。当掺杂额外电子后,主链出现极化子晶格畸变,在极化子区域主链和侧基均观测到电荷和自旋密度畸变。极化子晶格中的电荷和自旋呈现分数化,电荷和自旋总量及分布不一致。进一步研究了电子-电子相互作用强度、侧基在位能以及侧基同主链的电子跃迁积分对极化子特性的影响。2.利用Anderson模型,计入电子-晶格相互作用及电子-电子相互作用项,研究了金属/poly-BIPO体系的基态性质,其中金属考虑非磁和铁磁两种情况。结果表明,随着注入电子的增加,有机磁体中电子注入和激发的情况可以分为两种状态:第一种是类孤子界面态,第二种是界面态和极化子态共存。在铁磁金属的情况下,进一步讨论了金属与有机磁体磁化取向匹配对自旋转移的影响,发现当两部分磁化方向平行时,注入势垒最小。此外,还发现电子注入可引起有机铁磁体磁性的消退。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苗圆圆

导师: 胡贵超

关键词: 有机自旋电子学,有机铁磁体,极化子

来源: 山东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,化学,电力工业

单位: 山东师范大学

分类号: O646.8;TM271

总页数: 63

文件大小: 5028K

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