중국과학원은 유기 반도체의 스핀 수송에 관한 연구에서 새로운 진전을 이루었습니다.

최근 중국과학원 허페이 물리과학연구소 고자기장 과학센터 연구원들은 고분자 반도체의 스핀 전류 검출과 그 필름 구조 간의 관계에 새로운 진전을 이루었습니다. 및 스핀 수송 특성 관련 연구 결과가 미국화학회(ACS) 저널인 ACS Applied Materials & Interfaces에 온라인 게재되었습니다.

유기 반도체 재료는 약한 스핀-궤도 결합과 초미세 상호 작용을 가지며 유망한 스핀 분극 전달 매체로 사용될 수 있습니다. 따라서 우리는 새로운 유기 스핀 전자 재료를 찾고 그 스핀 분극 전달 과정과 연구를 진행하고 있습니다. 메커니즘은 매우 중요합니다. 이 분야의 대부분의 이전 연구에서는 유기 스핀 밸브 장치를 준비하여 스핀 분극을 운반하는 전자 수송을 측정했습니다. 그러나 강자성/반도체 경계면의 전도도 불일치와 같은 문제가 있어 스핀 수송 특성에 대한 정량적 심층 연구를 심각하게 제한합니다. 유기 반도체 연구. 최근 몇 년 동안 순수한 스핀 전류(순 전하 전류를 수반하지 않음)를 여기하고 감지하는 스핀 펌핑은 인터페이스 컨덕턴스 불일치 문제를 극복할 수 있는 능력으로 인해 반도체 재료의 고유한 스핀 수송 특성을 탐구하는 강력한 수단이 되었습니다.

고자기장 센터의 Zhang Fabei 연구 그룹은 연구원 Tong Wei와 협력하여 역 스핀 홀 효과(ISHE) 측정과 결합된 강자성 공명(FMR) 스핀 펌핑 기술을 사용하는 새로운 고분자를 연구했습니다. 반도체 PBDTTT-C-T. 저잡음 전압 측정에 적합한 샘플 홀더를 설계함으로써 NiFe/폴리머/Pt 샌드위치 구조에서 명확한 ISHE 신호를 감지했습니다. PBDTTT 층의 두께에 따른 ISHE 전압 변화를 측정하여 PBDTTT에서 순수한 스핀을 관찰했습니다. 레이어 전송 및 긴 스핀 완화 시간.

놀랍게도 연구진은 스핀 분극 전달 매질로 반도체/절연체 고분자 하이브리드 필름을 최초로 사용하여 절연 폴리스티렌(PS)으로 저함량 PBDTTT를 형성했으며, 혼합 필름에는 강한 ISHE가 형성됐다. 전압 신호는 여전히 측정될 수 있으며, 혼합 필름의 스핀 확산 길이와 캐리어 이동도가 "순수한" PBDTTT 필름에 비해 크게 향상되는 것으로 나타났습니다. 포괄적인 필름 미세구조 측정을 통해 그들은 PBDTTT 골격 사슬 다발이 절연 PS 매트릭스에서 상호 연결된 나노필라멘트 네트워크를 형성하여 필름 전체에 빠른 전하 전도 경로를 형성한다는 것을 발견했습니다. 이는 하이브리드 필름의 더 높은 전하와 전하를 설명할 수 있습니다. 능력. 또한, PBDTTT의 스핀 확산 길이는 스핀-궤도 결합에 기반한 스핀 완화 메커니즘과 일치하는 약한 온도 의존성을 갖는 것으로 밝혀졌습니다.

이러한 결과는 분자 배향 및 적층 방법, 박막 형태와 같은 유기 반도체의 박막 구조 특성이 스핀 전달 특성에 결정적인 영향을 미친다는 것을 명확하게 보여줍니다. 이번 연구는 유기 반도체의 스핀 분극 이동의 미세한 과정과 메커니즘을 이해하는 데 큰 의미가 있으며, 저비용, 고성능 유기 스핀 전자 재료를 찾는 새로운 방법을 제시합니다.

이 연구는 중국 국립자연과학재단과 국가핵심 R&D 프로젝트의 지원을 받았습니다.

기사 링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b16602

그림 (a) Py/PBDTTT-C-T/Pt 샌드위치 구조 장치의 ISHE 효과 생성, (b) 장치에 의해 측정된 총 전압 스펙트럼(자기장의 함수) 및 장치의 디콘볼루션. VLorentz가 ISHE 전압에 해당하는 경우, (c) ISHE 전압은 PBDTTT-C-T 유전층과 PBDTTT/PS*** 혼합 필름 유전층의 두께에 따라 각각 변합니다. 이로부터 고분자 필름의 다양한 스핀 확산 길이 ls가 추론됩니다.