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最近几年以来,基于有机半导体的有机自旋电子学引起学术界的浓厚兴趣,已实现有机半导体中的自旋注入和输运,并且由于其较长的自旋相干长度,而有望有着更广泛的应用。另一方面,颗粒膜是一种人工功能材料,可以通过组分和微结构来调控其物理性质,并且无机磁性颗粒膜的磁电阻效应已被深入而广泛的研究。在本文中,我们拟将有机半导体引入磁性颗粒膜中,对其微结构、磁性和输运性质进行研究,以望在新的体系中发现新的现象。截至目前,这一体系的研究还未见诸报导。
本论文的主要工作内容及创新之处归纳如下:
第一,对不同组分的Cox(Alq3)x磁性有机半导体颗粒膜的微结构和磁性进行了研究。发现其具有典型的颗粒膜特征,大小为1-5nm的磁性金属颗粒镶嵌在Alq3基底中,并随着磁性组分的增加,金属颗粒之间间距减小,并逐渐形成金属网络。同时,磁性也从超顺磁性向铁磁性转变,并逐渐表现出各向异性特征。
第二,对Co0.35(Alq3)0.65颗粒膜样品进行了不同温度下的磁电阻效应研究,发现室温下存在正的磁电阻,当温度降低后,又转变为负磁电阻。此外,随着温度的降低,出现金属-绝缘体转变。我们还对不同组分的Cox(Alq3)x磁性有机半导体颗粒膜进行了研究,同样发现存在这一现象,但不同组分的现象有所差异,这来自于组分不同所带来的微结构的变化。通过分析,我们认为这一低温负磁电阻来自于隧穿磁电阻,而正磁电阻效应可能来自于金属颗粒与有机半导体界面的复杂导电通道中的正常磁电阻效应。
第三,我们还对Cox(TPD)1-x、Fex(Alq3)x的不同体系磁性有机半导体颗粒膜进行磁电阻效应和导电行为的初步研究,发现同样存在正负磁电阻的转变,进而对其现象作了具体的讨论和解释。