有机自旋阀的磁电阻性质研究

任俊峰; 王玉梅; 原晓波; 胡贵超

doi:10.7498/aps.59.6580

摘要

考虑到有机半导体中极化子和双极化子特殊的电荷-自旋关系,从自旋扩散方程和欧姆定律出发,理论研究了"铁磁/有机半导体/铁磁"有机自旋阀结构中的磁电阻性质.计算发现,磁电阻在数值上随有机半导体层中极化子比率的增加而增大,随有机半导体层厚度的增加而迅速减小.同时发现自旋相关界面电阻能在很大程度上提高系统的磁电阻.讨论了铁磁层和有机半导体电导率比率、铁磁层极化率等对系统磁电阻性质的影响.

关键词:

Based on the spin diffusion theory and the Ohm’s law, we theoretically studied the magnetoresistance (MR) effect in an organic spin valve with structure of ferromagnetic/organic semiconductor/ferromagnetic system, which takes into account the special characteristics of organic semiconductors. Self-trapped states, such as spin polarons as well as spinless bipolarons are assumed to be the main carriers in organic semiconductors. From the calculation, it is found that MR ratio increases with the increasing of the polaron proportion and rapidly decreases with the increasing of the organic layer thickness. MR ratio can be enhanced remarkably when the interfacial resistances are spin related. Effects of the conductivity match and the spin polarization of the ferromagnetic layer on the MR are also discussed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号:10904083, 10904084, 10847151),山东省中青年科学家科研奖励基金(批准号:BS2009CL008, 2007BS01017) 和山东省高等学校科技奖励计划项目(批准号:J09LA03)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China

参考文献

[1]	Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, Daughton J M, Molnár S V, Roukes M L, Chtchelkanova A Y, Treger D M 2001 Science 294 1488
[2]	Zutic I, Fabian J, Sarma S D 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323
[3]	Naber W J M, Faez S, Gvan der Wie W 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 R205
[4]	Xiong Z H, Wu D, Vardeny Z V, Shi J 2004 Nature 427 821
[5]	Santos T S, Lee J S, Migdal P, Lekshmi I C, Satpati B, Moodera J S 2007 Phys. Rev. Lett. 98 016601
[6]	Bloom F L, Wagemans W, Kemerink M, Koopmans B 2007 Phys. Rev. Lett. 99 257201
[7]	Majumdar S, Huhtinen H, Majumdar H S, Laiho R, Osterbacka R 2008 J. Appl. Phys. 104 033910
[8]	Dediu V, Hueso L E, Bergenti I, Riminucci A, Borgatti F, Graziosi P, Newby C, Casoli F, De Jong M P, Taliani C, Zhan Y 2008 Phys. Rev. B 78 115203
[9]	Drew A J, Hoppler J, Schulz L, Pratt F L, Desai P, Shakya P, Kreouzis T, Gillin W P, Suter A, Morley N A, Malik1 V K, Dubroka A, Kim K W, Bouyanfif H, Bourqui F, Bernhard C, Scheuermann R, Nieuwenhuys G J, Prokscha T, Morenzoni E 2009 Nature Mater. 8 109
[10]	Wang T X, Wei H X, Zeng Z M, Han X F, Hong Z M, Shi G Q 2006 Appl. Phys. Lett. 88 242505
[11]	Pang Z Y, Chen Y X, Liu T T, Zhang Y P, Xie S J, Yan S S, Han S H 2006 Chin. Phys. Lett. 23 1566
[12]	Sheng Y, Nguyen T D, Veeraraghavan G, Mermer O, Wohlgenannt M 2007 Phys. Rev. B 75 035202
[13]	Bobbert P A, Nguyen T D, van Oost F W A, Koopmans B, Wohlgenannt M 2007 Phys. Rev. Lett. 99 216801
[14]	Bergeson J D, Prigodin V N, Lincoln D M, Epstein A J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 067201
[15]	Ren J F, Fu J Y, Liu D S, Mei L M, Xie S J 2005 J. Appl. Phys. 98 074503
[16]	Ren J F, Zhang Y B, Xie S J 2007 Acta Phys. Sin. 56 4785 (in Chinese) [任俊峰、张玉滨、解士杰2007 56 4785]
[17]	Ren J F, Zhang Y B, Xie S J 2008 Org. Electron. 9 1017
[18]	Zhang Y B, Ren J F, Xie S J 2008 Org. Electron. 9 687
[19]	Zhang Y B, Ren J F, Lei J, Xie S J 2009 Org. Electron. 10 568
[20]	Mi Y L, Zhang M, Yan H 2008 Phys. Lett. A 372 6434
[21]	Zhao J Q, Qiao S Z, Zhang N Y, Xu F Y, Pang Y T, Chen Y 2009 Curr. Appl. Phys. 9 919

施引文献

[1]	Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, Daughton J M, Molnár S V, Roukes M L, Chtchelkanova A Y, Treger D M 2001 Science 294 1488
[2]	Zutic I, Fabian J, Sarma S D 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323
[3]	Naber W J M, Faez S, Gvan der Wie W 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 R205
[4]	Xiong Z H, Wu D, Vardeny Z V, Shi J 2004 Nature 427 821
[5]	Santos T S, Lee J S, Migdal P, Lekshmi I C, Satpati B, Moodera J S 2007 Phys. Rev. Lett. 98 016601
[6]	Bloom F L, Wagemans W, Kemerink M, Koopmans B 2007 Phys. Rev. Lett. 99 257201
[7]	Majumdar S, Huhtinen H, Majumdar H S, Laiho R, Osterbacka R 2008 J. Appl. Phys. 104 033910
[8]	Dediu V, Hueso L E, Bergenti I, Riminucci A, Borgatti F, Graziosi P, Newby C, Casoli F, De Jong M P, Taliani C, Zhan Y 2008 Phys. Rev. B 78 115203
[9]	Drew A J, Hoppler J, Schulz L, Pratt F L, Desai P, Shakya P, Kreouzis T, Gillin W P, Suter A, Morley N A, Malik1 V K, Dubroka A, Kim K W, Bouyanfif H, Bourqui F, Bernhard C, Scheuermann R, Nieuwenhuys G J, Prokscha T, Morenzoni E 2009 Nature Mater. 8 109
[10]	Wang T X, Wei H X, Zeng Z M, Han X F, Hong Z M, Shi G Q 2006 Appl. Phys. Lett. 88 242505
[11]	Pang Z Y, Chen Y X, Liu T T, Zhang Y P, Xie S J, Yan S S, Han S H 2006 Chin. Phys. Lett. 23 1566
[12]	Sheng Y, Nguyen T D, Veeraraghavan G, Mermer O, Wohlgenannt M 2007 Phys. Rev. B 75 035202
[13]	Bobbert P A, Nguyen T D, van Oost F W A, Koopmans B, Wohlgenannt M 2007 Phys. Rev. Lett. 99 216801
[14]	Bergeson J D, Prigodin V N, Lincoln D M, Epstein A J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 067201
[15]	Ren J F, Fu J Y, Liu D S, Mei L M, Xie S J 2005 J. Appl. Phys. 98 074503
[16]	Ren J F, Zhang Y B, Xie S J 2007 Acta Phys. Sin. 56 4785 (in Chinese) [任俊峰、张玉滨、解士杰2007 56 4785]
[17]	Ren J F, Zhang Y B, Xie S J 2008 Org. Electron. 9 1017
[18]	Zhang Y B, Ren J F, Xie S J 2008 Org. Electron. 9 687
[19]	Zhang Y B, Ren J F, Lei J, Xie S J 2009 Org. Electron. 10 568
[20]	Mi Y L, Zhang M, Yan H 2008 Phys. Lett. A 372 6434
[21]	Zhao J Q, Qiao S Z, Zhang N Y, Xu F Y, Pang Y T, Chen Y 2009 Curr. Appl. Phys. 9 919

[1]	张艺玮, 宋恒博, 李小燕, 孙丽, 刘晓莹, 寇朝霞, 张栋, 费红阳, 赵志斌, 翟亚. 不同厚度Cr中间层对Gd/FeCo薄膜磁电阻效应转变的影响. , 2022, 71(21): 217501. doi: 10.7498/aps.71.20220472
[2]	李婧, 丁帅帅, 胡文平. 有机自旋电子器件中的自旋界面研究进展. , 2022, 71(6): 067201. doi: 10.7498/aps.71.20211786
[3]	包黎红, 陶如玉, 特古斯, 黄颖楷, 冷华倩, Anne de Visser. 单晶CeB6发射性能及磁电阻各向异性研究. , 2017, 66(18): 186102. doi: 10.7498/aps.66.186102
[4]	刘俊娟, 魏增江, 常虹, 张亚琳, 邸冰. 杂质离子对有机共轭聚合物中极化子动力学性质的影响. , 2016, 65(6): 067202. doi: 10.7498/aps.65.067202
[5]	赵翠兰, 王丽丽, 赵丽丽. 有限深抛物势量子盘中极化子的激发态性质. , 2015, 64(18): 186301. doi: 10.7498/aps.64.186301
[6]	姜丽娜, 张玉滨, 董顺乐. 有机自旋器件磁性渗透层中双极化子对自旋极化输运的影响. , 2015, 64(14): 147104. doi: 10.7498/aps.64.147104
[7]	武振华, 李华, 严亮星, 刘炳灿, 田强. 分数维方法研究GaAs薄膜中的极化子. , 2013, 62(9): 097302. doi: 10.7498/aps.62.097302
[8]	刘炳灿, 李华, 严亮星, 孙慧, 田强. GaAs薄膜的有效量子限制长度及其极化子特性. , 2013, 62(19): 197302. doi: 10.7498/aps.62.197302
[9]	任学藻, 贺树, 丛红璐, 王旭文. 两格点两电子Hubbard-Holstein模型极化子的量子纠缠特性. , 2012, 61(12): 124207. doi: 10.7498/aps.61.124207
[10]	王启文, 红兰. 二维量子点中极化子的自旋弛豫. , 2012, 61(1): 017107. doi: 10.7498/aps.61.017107
[11]	窦兆涛, 任俊峰, 王玉梅, 原晓波, 胡贵超. 有机器件电流自旋极化放大性质研究. , 2012, 61(8): 088503. doi: 10.7498/aps.61.088503
[12]	王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩. GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究. , 2012, 61(23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
[13]	王辉, 胡贵超, 任俊峰. 扰动对有机磁体器件自旋极化输运特性的影响. , 2011, 60(12): 127201. doi: 10.7498/aps.60.127201
[14]	宋瑞, 刘晓静, 王亚东, 邸冰, 安忠. 电子-晶格耦合非线性项对极化子性质的影响. , 2010, 59(5): 3461-3465. doi: 10.7498/aps.59.3461
[15]	秦伟, 张玉滨, 解士杰. 有机Co/Alq3/La1－xSrxMnO3(LSMO)器件磁电阻的温度效应研究. , 2010, 59(5): 3494-3498. doi: 10.7498/aps.59.3494
[16]	许小勇, 钱丽洁, 胡经国. 铁磁多层膜中的力致磁电阻效应. , 2009, 58(3): 2023-2029. doi: 10.7498/aps.58.2023
[17]	任学藻, 黄书文, 廖旭, 汪克林. 有限格点一维Holstein极化子研究. , 2009, 58(4): 2680-2683. doi: 10.7498/aps.58.2680
[18]	任俊峰, 张玉滨, 解士杰. 铁磁/有机半导体/铁磁系统的电流自旋极化性质研究. , 2007, 56(8): 4785-4790. doi: 10.7498/aps.56.4785
[19]	任学藻, 廖旭, 刘涛, 汪克林. 电子与双声子相互作用对Holstein极化子的影响. , 2006, 55(6): 2865-2870. doi: 10.7498/aps.55.2865
[20]	任俊峰, 付吉永, 刘德胜, 解士杰. 自旋注入有机物的扩散理论. , 2004, 53(11): 3814-3817. doi: 10.7498/aps.53.3814

计量

文章访问数: 12118
PDF下载量: 1091
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板