La Academia de Ciencias de China ha logrado nuevos avances en la investigación sobre el transporte de espín en semiconductores orgánicos
Recientemente, investigadores del Centro Científico de Alto Campo Magnético del Instituto Hefei de Ciencias Físicas de la Academia China de Ciencias, han logrado nuevos avances en la detección de corrientes de espín en semiconductores poliméricos y la relación entre su estructura de película. y propiedades de transporte de espín Resultados de investigaciones relacionadas Publicado en línea en ACS Applied Materials & Interfaces, una revista de la American Chemical Society (ACS).
Los materiales semiconductores orgánicos tienen un acoplamiento espín-órbita débil e interacciones ultrafinas y pueden usarse como medios de transmisión de polarización de espín prometedores. Por lo tanto, estamos buscando nuevos materiales electrónicos de espín orgánicos y explorando sus procesos de transmisión de polarización de espín. Los mecanismos son de gran importancia. La mayoría de los estudios anteriores en esta área han medido el transporte de electrones que transporta la polarización del espín mediante la preparación de dispositivos de válvula de espín orgánicos. Sin embargo, existen problemas como la falta de coincidencia de conductancia en la interfaz ferromagnética/semiconductora, lo que restringe seriamente el estudio cuantitativo en profundidad de las propiedades del transporte de espín. de semiconductores orgánicos. En los últimos años, el bombeo de espín para excitar y detectar corrientes de espín puras (sin la corriente de carga neta que las acompaña) se ha convertido gradualmente en un medio poderoso para explorar las propiedades intrínsecas de transporte de espín de los materiales semiconductores debido a su capacidad para superar el problema de desajuste de conductancia de la interfaz.
El grupo de investigación de Zhang Fabei en el Centro de Alto Campo Magnético colaboró con el investigador Tong Wei para estudiar nuevos polímeros utilizando tecnología de bombeo de espín por resonancia ferromagnética (FMR) combinada con mediciones de efecto Hall de espín inverso (ISHE). del semiconductor PBDTTT-C-T. Al diseñar un soporte de muestra adecuado para mediciones de voltaje de bajo ruido, detectaron señales ISHE claras en la estructura sándwich NiFe/polímero/Pt. Al medir la variación del voltaje ISHE con el espesor de la capa de PBDTTT, observaron espines puros en el PBDTTT. transporte de corriente y largos tiempos de relajación del espín.
Sorprendentemente, los investigadores utilizaron por primera vez una película híbrida de polímero semiconductor/aislante como medio de transmisión de polarización de espín, formando un PBDTTT de bajo contenido con poliestireno (PS) aislante. En la película mixta, se formó un fuerte ISHE. La señal de voltaje aún se puede medir y se descubre que la longitud de difusión de espín y la movilidad del portador de la película mezclada mejoran significativamente en comparación con la película PBDTTT "pura". A través de mediciones integrales de la microestructura de la película, descubrieron que el haz de cadenas esqueléticas de PBDTTT forma una red de nanofilamentos interconectados en la matriz aislante de PS, formando una ruta de conducción de carga rápida a lo largo de la película, lo que puede explicar la mayor carga y transferencia de espín de la película híbrida. capacidad. Además, también se encontró que la longitud de difusión de espín de PBDTTT tiene una débil dependencia de la temperatura, lo que es consistente con el mecanismo de relajación de espín basado en el acoplamiento de espín-órbita.
Estos resultados muestran claramente que las propiedades estructurales de las películas delgadas de los semiconductores orgánicos, como la orientación molecular y los métodos de apilamiento, y la morfología de las películas delgadas, tienen un impacto crítico en sus propiedades de transporte de espín. Este trabajo es de gran importancia para comprender los procesos microscópicos y los mecanismos del transporte de polarización de espín en semiconductores orgánicos y proporciona una nueva forma de encontrar materiales electrónicos de espín orgánicos de bajo costo y alto rendimiento.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Proyecto Nacional Clave de I+D.
Enlace del artículo: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b16602
Figura (a) ISHE en un dispositivo de estructura sándwich Py/PBDTTT-C-T/Pt Generación de efectos, (b) Espectro de voltaje total medido por el dispositivo (en función del campo magnético) y su deconvolución. Donde VLorentz corresponde al voltaje ISHE, (c) el voltaje ISHE cambia con el espesor de la capa dieléctrica PBDTTT-C-T y la capa dieléctrica de película mixta PBDTTT/PS*** respectivamente. De esto se deducen las diferentes longitudes de difusión por espín ls de la película polimérica.