有機(jī)聚合物中高能載流子的自旋極化.pdf

1、自旋電子學(xué)是一個(gè)備受科學(xué)家們關(guān)注的新領(lǐng)域，它的應(yīng)用成果（如自旋閥、自旋場(chǎng)效應(yīng)管等）革命性地改變著我們的社會(huì)。與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體相比，有機(jī)半導(dǎo)體主要是由含碳的有機(jī)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(xì)相互作用都較弱，因此有機(jī)半導(dǎo)體呈現(xiàn)出很長(zhǎng)的自旋弛豫時(shí)間，有利于自旋輸運(yùn)。但是，有機(jī)半導(dǎo)體有較強(qiáng)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(nèi)或若干分子之間，這些自陷態(tài)的形成、解離和輸運(yùn)會(huì)引起有機(jī)半導(dǎo)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(guān)系，這與其不同尋常的自旋相關(guān)性質(zhì)有密切的聯(lián)系。這些性質(zhì)使有機(jī)半導(dǎo)體有望成為很具前景的自旋電子學(xué)應(yīng)用材料。因此，有機(jī)自旋電子學(xué)在國(guó)際上引起極高的關(guān)注度，其相關(guān)研究也在如火如荼地進(jìn)行著。
　　2002年，Dediu[31]首次在實(shí)驗(yàn)上成功制備自旋注入器件，實(shí)驗(yàn)測(cè)量顯示，當(dāng)六噻吩膜厚在100-200nm時(shí)，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(guān)注，為了揭示有機(jī)器件磁電阻效

3、應(yīng)的物理機(jī)制，大量的有機(jī)半導(dǎo)體器件被制造出來(lái)。目前，有機(jī)半導(dǎo)體器件包括有機(jī)自旋閥、有機(jī)電致發(fā)光器件和有機(jī)非磁性器件。
　　其中目前有機(jī)非磁性器件的磁電阻效應(yīng)是當(dāng)今有機(jī)自旋電子學(xué)研究的熱點(diǎn)，大量的研究工作者對(duì)其物理機(jī)制的探索表現(xiàn)出極大的興趣。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)人們發(fā)現(xiàn)有機(jī)磁電阻是有正負(fù)之分的一種弱磁場(chǎng)強(qiáng)響應(yīng)的效應(yīng)。整個(gè)器件本身不含任何磁性元素，兩側(cè)電極都只是普通的金屬，不會(huì)向有機(jī)層進(jìn)行自旋注入，因此有機(jī)磁電阻效應(yīng)被認(rèn)為是有機(jī)材料的內(nèi)在屬

4、性。因此，對(duì)于有機(jī)磁電阻效應(yīng)的物理機(jī)制的解釋主要基于有機(jī)材料獨(dú)特的載流子特性。
　　本論文在前人工作的基礎(chǔ)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(jī)半導(dǎo)體中注入電子到高能級(jí)時(shí)載流子自旋極化情況，同時(shí)電聲耦合相互作用是有機(jī)半導(dǎo)體的重要的特性，因此文章還研究了電聲耦合對(duì)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(shì)，這與實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的隨著偏壓的增大，有機(jī)器件的磁阻減小

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