有机自旋电子器件中的自旋界面研究进展

摘要

自旋器件有望实现量子信息存储、传感和计算,是下一代数据存储和通信的理想器件.与无机自旋器件相比,有机自旋器件不仅可以实现传统无机自旋器件的功能,而且在同一有机自旋阀器件中会同时测到正负磁电阻信号,这是因为有机分子与铁磁电极在界面会发生自旋杂化而产生独特的自旋界面.通过控制自旋界面,可以改变界面处分子能级展宽和偏移程度,从而实现对磁电阻信号的可控调制.有机自旋阀器件发展迅速,但仍有一些问题亟待研究,如对自旋界面进行识别和表征,以及利用自旋界面对有机自旋阀信号进行操控等.针对上述问题,本文首先综述了有机自旋阀的基本原理,通过对比无机有机材料能级结构的差异解释了有机自旋阀中自旋界面形成的原因,对于有机自旋阀中磁电阻信号的增强和反转现象,利用自旋界面模型中能级展宽和偏移进行了解释;接着列举了自旋界面的实验识别案例,如利用对表面敏感的表征技术对自旋界面进行识别以及设计新颖的器件结构验证自旋界面的存在等;然后汇总了利用自旋界面调制自旋信号的相关工作,自旋界面的调制可以通过电场调节铁电层的铁电极化、诱导铁磁电极相变、界面化学工程和磁交换相互作用等方式实现;最后总结了有机自旋界面中仍需解决的问题,并对有机自旋界面的识别和可控利用进行了展望.