有机分子在金属表面自发自旋极化性质的第一性原理研究

摘要

近期人们对有机半导体的研究取得了重大进展，尤其是在自旋电子学领域的应用方面有很大突破。有机半导体一般是由C、H原子构成，所以它拥有比较柔软的原子结构，可进行物理化学“裁剪”等。而且它的自旋-轨道耦合和超精细相互作用也比较弱，这样有助于自旋注入和输运。有机分子的种类非常多，这有利于我们制备出很多高品质低成本的有机自旋器件。以有机材料为基础构建自旋器件成为国际自旋电子学研究的热点，推动了有机自旋电子学领域的快速发展。有机自旋电子学的研究目前主要关注两类结构器件，一种是有机磁性器件,它的自旋极化电子(空穴)的注入、输运与探测等是我们研究的重点；另一种是有机非磁性器件，主要研究他们在外磁场调控下各种性质的变化，尤其是器件的磁电阻、光电流、电致发光、光致发光的改变等，即有机磁场效应。目前人们研究的比较多的是铁磁/有机界面的自旋极化性质，同时有机非磁性器件在不同条件下各种性质的变化也慢慢引起了相当大的关注。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了有机分子在金属表面的自发自旋极化性质。通过选择不同电极、不同有机材料、不同的吸附构型以及不同外界条件等分别对两种类型器件的界面进行了研究，希望为实验做出理论支持。具体研究内容如下：
　　（1）Benzene分子吸附在Fe(100)的自旋极化性质。给出了五种不同吸附构型下的态密度变化、自旋密度分布及差分电荷密度分布。结果表明，吸附后Benzene分子自旋简并解除，出现明显的自旋极化。自旋极化率与吸附构型有关，其中Benzene分子中心在电极Fe原子的top位吸附时自旋极化率最大。同时发现水平吸附比竖直吸附得到的自旋极化现象更加明显。
　　（2）Thiophene分子吸附在Fe(100)的自旋极化性质。进一步证明分子在金属表面的自旋极化现象与不同的吸附构型有关，而且界面自旋极化的性质还与不同的有机分子材料有关。当Thiophene分子的中心在电极Fe原子的top位水平吸附及S原子在Fe原子的top位垂直吸附这两种情况下出现自旋极化反转。
　　（3）Thiophene分子分别吸附在Co、Fe、Ni电极表面的自旋极化性质。结果表明，吸附后 Thiophene分子的自旋极化率与铁磁电极的种类有关。当与铁电极吸附时，噻吩分子的自旋极化现象最为明显，费米面附近的自旋极化率最大。
　　（4）电场作用下 Benzene分子吸附在非磁金属 Cu(100)的自发自旋极化性质。给出了电场对不同吸附构型下Benzene分子电子态密度、自旋密度分布及差分电荷密度分布的影响。研究表明，在给定电场下Benzene分子自旋简并解除，产生了明显的自旋极化,自旋极化率在[1.2,2.5]eV/?内出现了震荡现象，当电场在2.0eV/?附近时两种接触构型都可以得到较大的自旋极化率。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2有机磁性器件

1.3有机非磁器件

1.4本论文的研究意义与内容

参考文献

第二章 计算理论与方法

2.1基于密度泛函理论的第一性原理计算

2.2密度泛函理论

2.3 VASP软件的简介

参考文献：

第三章：有机/铁磁界面自旋极化性质的第一性原理研究

3.1引言

3.2计算方法

3.3 Benzene分子吸附在Fe(100)的自旋极化性质

3.4 Thiophene分子吸附在Fe(100)的自旋极化性质

3.5 Thiophene分子吸附在Co(001),Fe(100)和Ni(111)的自旋极化性质

3.6本章小节

参考文献：

第四章 电场诱导Benzene/Cu(100)界面自发自旋极化震荡的第一性原理研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3计算结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

攻读硕士学位期间参与发表的论文

攻读硕士学位期间所获奖励

致谢