有機聚合物中高能載流子的自旋極化.pdf

1、自旋電子學是一個備受科學家們關注的新領域，它的應用成果（如自旋閥、自旋場效應管等）革命性地改變著我們的社會。與無機半導體相比，有機半導體主要是由含碳的有機小分子和π共軛高分子組成，其自旋軌道耦合相互作用和核超精細相互作用都較弱，因此有機半導體呈現(xiàn)出很長的自旋弛豫時間，有利于自旋輸運。但是，有機半導體有較強的電聲耦合相互作用，這使得它的載流子呈現(xiàn)自陷態(tài)，局域在分子內或若干分子之間，這些自陷態(tài)的形成、解離和輸運會引起有機半導體器件豐富的現(xiàn)象

2、。這些自陷態(tài)載流子還具有特殊的電荷-自旋關系，這與其不同尋常的自旋相關性質有密切的聯(lián)系。這些性質使有機半導體有望成為很具前景的自旋電子學應用材料。因此，有機自旋電子學在國際上引起極高的關注度，其相關研究也在如火如荼地進行著。
　　2002年，Dediu[31]首次在實驗上成功制備自旋注入器件，實驗測量顯示，當六噻吩膜厚在100-200nm時，即使在室溫下器件中也有明顯的磁電阻。這一現(xiàn)象很快引起了人們的關注，為了揭示有機器件磁電阻效

3、應的物理機制，大量的有機半導體器件被制造出來。目前，有機半導體器件包括有機自旋閥、有機電致發(fā)光器件和有機非磁性器件。
　　其中目前有機非磁性器件的磁電阻效應是當今有機自旋電子學研究的熱點，大量的研究工作者對其物理機制的探索表現(xiàn)出極大的興趣。根據(jù)大量的實驗人們發(fā)現(xiàn)有機磁電阻是有正負之分的一種弱磁場強響應的效應。整個器件本身不含任何磁性元素，兩側電極都只是普通的金屬，不會向有機層進行自旋注入，因此有機磁電阻效應被認為是有機材料的內在屬

4、性。因此，對于有機磁電阻效應的物理機制的解釋主要基于有機材料獨特的載流子特性。
　　本論文在前人工作的基礎上主要利用SSH模型，考慮自旋軌道耦合相互作用研究在一維有機半導體中注入電子到高能級時載流子自旋極化情況，同時電聲耦合相互作用是有機半導體的重要的特性，因此文章還研究了電聲耦合對高能載流子自旋極化的影響。
　　我們發(fā)現(xiàn)隨著電子注入能量的增高，體系的自旋極化整體呈下降趨勢，這與實驗上測得的隨著偏壓的增大，有機器件的磁阻減小

5、的現(xiàn)象相吻合。因為隨著外加偏壓的增大，電子被激發(fā)到更高的能級即外加偏壓與體系能量正相關。因此磁電阻絕對值跟磁矩是正相關的。
　　另外，我們還研究了電聲耦合作用對自旋極化的影響，在低能級下，隨著電聲耦合系數(shù)的增大，磁矩增大;而在高能級隨著電聲耦合系數(shù)的增大，磁矩減小。我們認為，這主要是由于隨著電聲耦合系數(shù)的增大，局域性增強，電子-電子相互作用增強。
　　在低能級時，由于電子的局域性很強，因此電子-電子相互作用較強，電子-電子相