磁性有机复合颗粒膜的霍尔效应和磁光效应的研究

论文摘要

有机自旋电子学是研究有机半导体中的自旋注入、输运和控制等相关现象的一门新兴学科,最近以来引起较大关注。有机半导体材料由于它较小的自旋轨道相互作用和超精细结构相互作用,而具有较长的自旋输运平均自由程,从而有望成为自旋电子器件的重要候选材料。目前这一领域研究刚起步,且较多集中于自旋阀结构的研究,同时有机半导体中的注入、输运等物理机制尚不明了,有待于进一步深入研究。另一方面,颗粒膜作为人工功能材料的一种,由于其易制备性和可调控性,近十年来颇受关注。在无机磁性颗粒膜方面,人们已对其微结构、磁性及输运性质做了深入而广泛的研究,报道的工作主要集中在磁电阻、霍尔效应及磁光效应等。在本文中,我们拟将有机半导体引入磁性颗粒膜中,研究其霍尔效应和磁光效应,以期在新的体系中发现新的现象。作者在硕士阶段的工作主要集中在磁性有机复合颗粒膜器件的制备以及霍尔效应、磁光效应的研究。主要内容如下:第一、磁性有机复合颗粒膜器件的制备通过共蒸发方法制备一系列Cox（Alq3）l-x颗粒膜,高分辨率透射电子显微镜显示其为典型的颗粒膜形态,Co颗粒大小在1-5nm之间。VSM的结果表明,随Co含量增加,样品由超顺磁态转变为铁磁态。第二,磁性有机复合颗粒膜霍尔效应的研究采用共蒸发的方式制备了一系列不同Co组分的Cox（Alq3）1-x颗粒膜,采用玻片作为衬底。实验发现,Cox（Alq3）1-x样品中存在较大的霍尔效应。在x=0.37样品中,样品的霍尔效应最大,T=15K时,10kOe外磁场下,霍尔电阻率达4.37×104μΩ-cm。随着温度的升高,霍尔效应有着明显的下降,300K时降为36μΩ-cm,但仍高于普通磁性金属2-3个数量级。我们还初步研究了磁性组分与霍尔效应的关系。通过微结构、磁性和输运性质的研究,我们认为这一霍尔效应可能来自于颗粒系统中的量子相干效应,与颗粒膜的微结构有着密切的关系。此外,我们还对Co-TPD颗粒膜的霍尔效应进行初步研究,同样发现较大的霍尔效应。第三,磁性有机复合颗粒膜的磁光效应和光学性质我们对Co0.55（Alq3）0.45颗粒膜的磁光克尔效应和光学性质进行了研究。我们在较高成分的样品中观察到明显的克尔效应。在一定范围内,其克尔旋转角θk随着Co含量增加而增大,且增强峰位置出现红移。我们研究了其复介电常数、折射率和消光系数等光学性质,并讨论了与磁光效应的内在关系。我们还对Fe-Alq3和Fe-TPD颗粒膜进行了磁光效应的初步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 颗粒膜概述
• 1.2 无机颗粒膜体系的霍尔效应
• 1.2.1 霍尔效应和应用
• 1.2.2 无机颗粒膜体系的霍尔效应研究
• 1.3 无机磁性颗粒膜的磁光效应
• 1.3.1 磁光效应
• 1.3.2 无机体系的磁光效应研究
• 1.4 本文研究的主要内容及其目的意义
• 1.4.1 研究目的及意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 实验装置及仪器设备
• 2.1 颗粒膜的制备系统
• 2.1.1 真空蒸镀系统
• 2.1.2 分子束束源炉
• 2.1.3 手套箱
• 2.1.4 超声波清洗机
• 2.1.5 晶振膜厚显示仪
• 2.2 颗粒膜的结构和物性表征手段
• 2.2.1 透射电子显微术（TEM）
• 2.2.2 振动样品磁强仪（VSM）
• 2.2.3 物理特性测试系统（PPMS）
• 2.2.4 磁光测试系统
• 第三章 磁性有机复合颗粒膜的制备及微结构
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备
• 3.2.1 基片的准备
• 3.2.3 磁性有机复合薄膜的蒸镀
• x（Alq₃）_1-x颗粒膜的微结构'>3.3 Co_x（Alq₃）_1-x颗粒膜的微结构
• 第四章 磁性有机复合颗粒膜的霍尔效应
• 4.1 引言
• 4.2 霍尔效应的测量
• 0.37（Alq₃）_0.63颗粒膜的霍尔效应'>4.3 Co_0.37（Alq₃）_0.63颗粒膜的霍尔效应
• 3）_1-x颗粒膜的霍尔效应'>4.4 不同Co含量的Cox（Alq₃）_1-x颗粒膜的霍尔效应
• 0.36（TPD）_0.64颗粒膜的霍尔效应'>4.5 Co_0.36（TPD）_0.64颗粒膜的霍尔效应
• 4.6 小结
• 第五章 磁性有机复合颗粒膜的磁光效应和光学性质
• 5.1 引言
• 5.2 样品制备和测量
• 3颗粒膜的磁光克尔效应和光学性质'>5.3 Co-Alq₃颗粒膜的磁光克尔效应和光学性质
• 0.55（Alq₃）_0.45颗粒膜的磁光克尔效应和光学性质'>5.3.1 Co_0.55（Alq₃）_0.45颗粒膜的磁光克尔效应和光学性质
• x（Alq₃）_1-x颗粒膜的磁光克尔效应'>5.3.2 不同Co含量的Co_x（Alq₃）_1-x颗粒膜的磁光克尔效应
• 3和Fe-TPD颗粒膜磁光克尔效应的初步研究'>5.4 Fe-Alq₃和Fe-TPD颗粒膜磁光克尔效应的初步研究
• 5.5 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况