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饱和烷烃羧酸分子包裹Fe3O4纳米颗粒的自旋界面的研究

饱和烷烃羧酸分子包裹Fe3O4纳米颗粒的自旋界面的研究

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作者：魏珉山西大学

学位级别：硕士

作为自旋电子学的一个分支,有机自旋电子学在研究电子自旋方面有许多优势。一方面,组成有机材料的化学元素原子序数较小,所以自旋轨道耦合作用以及超精细相互作用较弱,有机材料有很长的自旋弛豫时间,有利于自旋电子的输运和研究。另一方... 详细信息

作为自旋电子学的一个分支,有机自旋电子学在研究电子自旋方面有许多优势。一方面,组成有机材料的化学元素原子序数较小,所以自旋轨道耦合作用以及超精细相互作用较弱,有机材料有很长的自旋弛豫时间,有利于自旋电子的输运和研究。另一方面,有机分子的化学结构多变灵活,导致有机材料具有复杂且多样的性质,我们对于选择合适的有机材料会有更大的空间,提高了有机自旋材料的应用性。有机自旋电子器件中,有机分子和铁磁电极之间的界面在确定器件性能方面特别重要,界面处对环境的变化也很敏感,大量实验可以证明:不同的铁磁/有机界面会对自旋电子有不同的作用方式,会使整个器件呈现出不同的磁电阻效应,界面处铁磁金属与有机分子间不同的吸附位、吸附方式也会使自旋器件的性质发生改变。这充分的说明自旋界面丰富的性质扩大了有机自旋器件的实际应用范围。为了研究自旋界面,实验用自组装的方法制备了饱和烷烃羧酸分子包裹FeO纳米颗粒组成的磁性隧结网络结构,这里选用的是有机单分子层,有机单分子层的优势是减少了自旋电子在有机层中输运路径的随机性,简化了我们之后对自旋界面的研究。具体来讲,实验以饱和烷烃羧酸分子包裹FeO纳米颗粒组成的磁性隧结网络结构为基础,利用不同的饱和烷烃直链羧酸包裹FeO,研究自旋电子在不同的隧穿势垒中磁输运与电输运会表现出怎样的不同。我们为了检验制备的饱和烷烃羧酸分子包裹FeO纳米颗粒的界面是否稳定,检测界面处氧含量对自旋电子磁输运、电输运的影响,首先要了解界面处铁磁与有机分子具体的吸附方式,其次又在制备样品过程中,通入氮气作为保护气,改变有机分子/FeO界面合成处的含氧量,然后通过检测该样品的电阻率和磁电阻的大小,并与非氮气保护情况下的样品测量结果进行对比,得出实验结论。实验结果显示,在非氮气保护情况下,饱和烷烃直链羧酸包裹FeO纳米颗粒的电阻率随C链的增长而呈指数变大,是典型的隧穿磁电阻效应。而C链的长短对磁电阻MR几乎不会产生影响,换句话说,不同饱和烷烃直链羧酸包裹FeO纳米颗粒的磁电阻一致。在氮气保护情况下,饱和烷烃直链羧酸包裹FeO纳米颗粒的电阻率也表现出隧穿磁电阻效应,即电阻率随C链的增长而呈指数变大,但是,与非氮气保护下的样品电阻率相比,氮气保护下的样品的电阻率均减小为原来的1/3。磁电阻并没有明显变化。结合这些结论,可以确定,FeO/有机分子界面处氧含量的减少,导致FeO颗粒表面剩余电荷增多,一个FeO纳米颗粒同时结合了多个有机分子,使得输运通道变多,相当于电阻并联,但是自旋界面没有发生改变。侧面证明了自组装的有机羧酸包裹的FeO纳米颗粒结构简单还较稳定,适合用于研究自旋电子的输运性质。

关键词：有机自旋电子学饱和烷烃直链羧酸包裹Fe3O4纳米颗粒隧穿磁电阻效应铁磁/有机分子界面自旋电子的磁输运、电输运

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