有机半导体中电流自旋极化性质研究

论文摘要

电子既有电荷又有自旋。以电子电荷为基础的微电子学在二十世纪取得了巨大成功，但是在传统的微电子器件中，电子的自旋却一直被人们忽视，电子只被看成电荷的载体，不同数目的电子或空穴丰富了半导体材料的输运特性。金属自旋阀中巨磁电阻（GMR，giant magnetorcsistance）和隧道磁电阻（TMR，tunneling magnetoresistance）效应的发现引发了磁存储和磁记录领域的革命，并由此产生了围绕电子自旋的控制、输运、测量等的一门全新的学科—自旋电子学（Spintronics）。电子自旋注入和相关的输运过程是当前感兴趣和广泛被研究的课题。自旋注入包括从铁磁金属到超导体；铁磁金属到导体；铁磁金属到非磁性半导体以及磁性半导体到非磁性半导体，或这些构型的复合等。 自旋电子学基于磁学和微电子学，它不但研究电子电荷的输运特性，同时也研究电子自旋在固体材料中的输运特性，以及设计开发基于电子自旋相关效应下工作的器件。自旋电子器件有希望同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的传输和存储，这会大大提高现有电子器件的工作速度和效率。利用电子的自旋还可能制备出具有全新物理性能的半导体电子器件，甚至实现量子存储和量子计算。二十世纪九十年代起传统自旋阀已经在计算机中获得了广泛的应用。 与传统的半导体相比，有机半导体的合成要容易得多。有机半导体具有丰富的电学、光学和磁学特性，并且已经在有机发光器件OLED（Organic Light Emitting Diodes）、显示器等方面得到了广泛的应用。由于自旋—轨道相互作用比较弱，有机半导体成为自旋输运的最佳候选材料之一。有机材料中实现自旋极化注入和输运将是自旋电子学的下一个研究热点。2002年，Dediu研究组首次报道了La0.7Sr0.3MnO3/T6/La0.7Sr0.3MnO3三明治结构中的自旋注入和输运。随后2004年，Xiong等人在La0.7Sr0.3MnO3/Alq3/Co有机自旋阀中开展了自旋注入和输运的重要实验。研究有机半导体内的自旋注入和输运对进一步理解有机材料的物理性质，探讨其在自旋电子学及生命系统中的功能和应用具有重要的科学意义。 有机半导体中自旋注入和输运的理论研究包括以Xie等人为代表的量子理论和以Ruden、Smith以及Yu等人为代表的经典理论两个方面。微观的量子力学研究可理解铁磁/有机系统的微观结构以及自旋输运动力学；从经典的自旋扩散

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 有机半导体研究现状及应用前景
• 1.1.1 有机半导体电磁光性质
• 1.1.2 有机半导体中的载流子
• 1.2 自旋电子学简介
• 1.2.1 自旋电子学研究热点
• 1.2.2 自旋电子学研究进展
• 1.3 有机自旋电子学
• 1.3.1 有机半导体在自旋注入中的实验研究
• 1.3.2 有机自旋电子学理论研究
• 1.4 理论模型
• 1.5 拟展开的研究内容
• 1.5.1 本论文涉及的研究问题
• 1.5.2 内容安排
• 参考文献
• 第二章 自旋注入有机半导体的扩散理论
• 2.1 扩散理论
• 2.1.1 Fick定律
• 2.1.2 自旋扩散方程
• 2.2 自旋注入有机半导体模型和公式
• 2.3 极化子电流自旋极化率
• 2.4 总电流自旋极化率
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 铁磁/有机半导体结构中的电流自旋极化
• 3.1 引言
• 3.2 模型和公式
• 3.3 系统电流自旋极化率
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 “铁磁/有机半导体/铁磁”三明治结构中的电流自旋极化和磁电阻
• 4.1 引言
• 4.2 模型和公式
• 4.3 电流自旋极化率
• 4.4 系统磁电阻
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 博士期间完成的论文目录
• 攻读博士学位期间所获奖励及参与课题
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表