磁性复合有机纳米颗粒膜中的磁电阻效应

论文摘要

最近几年以来,人们对自旋电子学的研究已由无机材料领域扩展到有机材料领域。基于有机半导体材料的有机自旋电子学引起了人们的浓厚兴趣,并出现了很多有价值的成果。目前已实现有机半导体中的自旋注入和输运,由于其较长的自旋相干长度,而有望有着更广泛的应用。另一方面,颗粒膜作为一种人工功能材料,可以通过组分和微结构来调控其物理性质,并且无机磁性颗粒膜的磁电阻效应已被深入而广泛的研究。在本文中,我们拟将小分子有机半导体引入磁性颗粒膜中,对磁性有机半导体纳米颗粒膜的微结构、磁性和输运性质进行系统研究,以望在新的体系中发现新的现象。本论文的主要工作内容及创新之处归纳如下:第一,磁性有机纳米颗粒膜Cox（TPD）1-x磁电阻效应的研究。1,对不同组分的Cox（TPD）1-x磁性有机半导体颗粒膜的微结构和磁性进行了研究。发现其具有典型的颗粒膜特征,大小为2-5nm的磁性金属颗粒镶嵌在TPD基底中,并随着磁性组分的增加,金属颗粒之间间距减小,并逐渐形成金属网络。同时,磁性也从超顺磁性向铁磁性转变,并逐渐表现出各向异性特征。2,对Co0.36（TPD）0.64颗粒膜样品进行了不同温度下的磁电阻效应研究,发现其存在负磁电阻效应。此外,随着温度的降低,电阻率和磁电阻效应单调增加。我们还对不同组分的Cox（TPD）1-x磁性有机半导体颗粒膜进行了研究,同样发现存在这一现象,但不同组分的现象有所差异。结合微结构、磁性和输运性质的分析,我们认为这来自于组分不同所带来的微结构的变化,且负磁电阻来自于隧穿磁电阻。第二,基于Si衬底的Co-Alq3磁性有机纳米颗粒膜中磁电阻转变的研究。1,我们采用热蒸发的方法将Co0.38（Alq3）0.62颗粒膜沉积在自然氧化的硅衬底（p=70Ω-cm,N型）上,形成Co-Alq3/SiO2/Si结构的复合样品。实验发现该样品在低温下存在负的磁电阻,而在200K以上存在正磁电阻。2,我们通过低温和高温下输运行为的研究,发现正负磁电阻效应的产生机制:负磁电阻来自于磁性有机半导体颗粒膜中的隧穿磁电阻,而正磁电阻则来自于硅片中洛仑兹力引起的正常磁电阻。3,我们选择电阻率不同的硅衬底,沉积Co0.46（Alq3）0.54颗粒膜样品进行对比研究,我们给出了该体系中载流子传输的简化模型,利用这一模型解释了正负磁电阻效应的转变机制。并进一步对Cox（Alq3）1-x（p=70Ω-cm的Si片为衬底）样品中不同磁性金属组分x对磁电阻效应和输运行为的影响进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 磁电阻效应简介
• 1.1.1 正常磁电阻（OMR）
• 1.1.2 各向异性磁电阻（AMR）
• 1.1.3 顺行磁电阻（PMR）
• 1.2 巨磁电阻效应及其产生机制
• 1.2.1 巨磁电阻效应的研究历程
• 1.2.2 磁性金属多层膜的巨磁阻效应
• 1.2.3 颗粒膜的巨磁阻效应
• 1.2.4 自旋阀型巨磁电阻效应
• 1.2.5 隧道结巨磁电阻效应
• 1.2.6 钙钛矿中的庞磁电阻效应
• 1.3 巨磁电阻效应的产生机制
• 1.3.1 自旋阀结构巨磁电阻效应的产生机制
• 1.3.2 颗粒膜巨磁电阻效应的产生机制
• 1.4 本文研究的目的意义及主要内容
• 1.4.1 本文研究的目的意义
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第二章 样品的制备和测试
• 2.1 样品的制备系统
• 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 样品的结构和物性表征手段
• 2.2.1 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.2 振动样品磁强计（VSM）
• 2.2.3 物理特性测试系统（PPMS）
• 2.3 样品的制备工艺与测量方法
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 衬底的准备
• 2.3.3 磁性复合有机纳米颗粒膜的制备
• 2.3.4 磁电阻的测量
• 第三章 Co-TPD磁性有机纳米颗粒膜的研究
• x（TPD）_1-x颗粒膜的微结构与磁性的研究'>3.1 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的微结构与磁性的研究
• x（TPD）_1-x颗粒膜的微结构'>3.1.1 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的微结构
• x（TPD）_1-x颗粒膜的磁性'>3.1.2 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的磁性
• x（TPD）_1-x颗粒膜的磁电阻和输运行为的研究'>3.2 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的磁电阻和输运行为的研究
• x（TPD）_1-x颗粒膜的磁电阻效应'>3.2.1 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的磁电阻效应
• x（TPD）_1-x颗粒膜的输运行为'>3.2.2 Co_x（TPD）_1-x颗粒膜的输运行为
• 3.3 不同Co体积分数（x）对磁电阻效应和输运行为的影响
• 3.4 本章小结
• 3磁性有机纳米颗粒膜磁电阻转变的研究'>第四章 基于SI衬底的Co-Alq₃磁性有机纳米颗粒膜磁电阻转变的研究
• 4.1 基于Si衬底的磁性有机半导体颗粒膜的磁电阻效应
• 0.38（Alq₃）_0.62样品的输运机制'>4.2 基于Si衬底的Co_0.38（Alq₃）_0.62样品的输运机制
• 4.2.1 低温下负磁电阻的产生机制
• 4.2.2 正磁电阻的产生机制
• 4.2.3 正负磁电阻的转换机制
• x（Alq₃）_1-x颗粒膜的研究'>4.3 不同电阻率Si衬底的Co_x（Alq₃）_1-x颗粒膜的研究
• x（Alq₃）_1-x颗粒膜磁电阻的影响'>4.3.1 Si衬底的电阻率对Co_x（Alq₃）_1-x颗粒膜磁电阻的影响
• x（Alq₃）_1-x颗粒膜输运行为的的影响'>4.3.2 Si衬底的电阻率对Co_x（Alq₃）_1-x颗粒膜输运行为的的影响
• 4.4 不同磁性金属组分对磁电阻效应和输运行为的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况