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合肥研究所在有机半导体自旋转移研究方面取得进展

来源:大连空压机油价格 作者:大连空压机生产商 时间:2020-06-20 13:35 点击量:

最近,中国科学院合肥材料科学研究所强磁场科学中心的研究人员在聚合物半导体自旋流探测以及薄膜结构与自旋输运函数关系的研究方面取得了新的进展。美国化学学会(ACS)的期刊《ACS应用材料和界面》 (ACS应用材料界面)在线披露了相关的研究功效。

有机半导体材料具有弱自旋轨道耦合和超深相互作用。它们可以用作有前途的自旋极化传输介质。发现新的有机自旋电子材料,探索其自旋极化传输过程和机制具有重要意义。这一领域以前的研究大多是通过制备有机自旋阀器件来测量电子的自旋极化输运,但存在诸如铁磁/半导体界面电导失配等问题,严重限制了对有机半导体自旋输运特性的定量和深入研究。近年来,自旋泵激发和纯自旋流(不伴有净电荷电流)的检测因能克服界面电导失配问题而逐渐成为探索半导体材料固有自旋转移性质的有力手段。

张发培的强磁场中心研究组与佟伟研究员合作,利用铁磁谐振(FMR)自旋泵浦技术结合反向自旋霍尔效应(ISHE)测量,研究了一种新型聚合物半导体pbdtt-c-t的自旋极化传输特性。通过设计一个适用于低噪声电压测量的样品架,他们在镍铁/聚合物/铂夹层结构中检测到清晰的ISHE标记。通过测量ISHE电压随PBDTTT层厚度的变化,他们观察到PBDTTT层中存在纯自旋散射和长自旋弛豫时间。

令人惊讶的是,研究人员首次将半导体/绝缘体聚合物共混膜作为自旋极化传输介质。在由低含量PBDTTT和绝缘聚苯乙烯(PS)形成的共混膜中,仍然可以测量到强ISHE电压信号,并且发现与“纯”PBDTTT膜相比,共混膜的自旋扩散长度和载流子迁移率显著提高。他们对薄膜微观结构的综合测量发现,PBDTTT骨架链束大连空压机电机附件在绝缘的聚苯乙烯基体中形成了相互连接的纳米丝集合体,形成了一条快速的电荷传导路径通过薄膜,这可以解释共混薄膜较高的电荷和自旋传输能力。此外,发现PBDTTT的自旋扩散长度与温度的依赖关系很弱,这与基于自旋轨道耦合的自旋弛豫机制是一致的。

这些结果清楚地表明,有机半导体薄膜的结构特征,如分子取向和积累模式以及薄膜描述,对它们的自旋转移函数有关键的影响。这对于理解有机半导体中自旋极化传输的微观过程和机理是一件尴尬的事情,这对于寻找低成本、高功能的有机自旋电子材料具有重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发项目的支持。

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