Введение к работе
Актуальность темы.
Большой интерес к проблеме управляемого транспорта спинполяризованных носителей заряда связан с уникальными возможностями его применения в устройствах обработки и хранения информации. Исследования инжекции и транспорта спина в классических полупроводниках, таких как Si и GaAs, принесли много важных фундаментальных физических результатов и в настоящее время ожидается столь же значительные достижения прикладного характера. Одна из проблем неорганических материалов относительно небольшие времена релаксации спина. В то же время, за последние годы было установлено, что в органических материалах время релаксации спина существенно больше. Однако органическим материалам присущи другие проблемы: малая концентрация носителей заряда и их малая подвижность. Это в свою очередь приводит к малым величинам электрических токов, которыми можно управлять и потому малому относительному изменению сопротивления конечных устройств в магнитном поле. Эти принципиальные ограничения связывают с особенностями электронной подсистемы сопряженных органических материалов, чаще всего используемых для реализации в электронных устройствах. В то же время, существует большой класс несопряженных полимерных материалов, которые в тонких пленках демонстрируют высокие уровни проводимости и подвижности носителей заряда сопоставимые с параметрами хороших неорганических полупроводников. Одним из таких представителей является полидифениленфталид (ПДФ), обладающий несопряженной системой валентных 71-электронов и отличающийся нетипичными для диэлектриков электронными характеристиками, которые проявляются в способности изменения проводимости от диэлектрического уровня до металлического под действием различных слабых внешних полей, причем эти явления обратимы. Электропроводностью в таких материалах можно управлять, воздействуя на них электрическим полем, давлением, изменяя условиями на контакте
металл/полимер и другими. Реализация и исследование возможности управления проводимостью в подобных структурах с помощью магнитного поля представляется важной научно-технической задачей в такой активно развивающейся области науки как спинтроника.
В связи с этим, экспериментальное изучение физической природы переноса заряда в структурах типа металл/полимер с несопряженным органическим материалом в качестве транспортного слоя под действием магнитного поля является актуальным и представляет огромный интерес, как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения перспектив практического применения.
Цель работы - исследование закономерностей переноса заряда в многослойной структуре ферромагнетик/полидифениленфталид/немагнитный металл под действием внешнего магнитного поля.
Научная новизна.
Экспериментально обнаружен эффект огромного магнетосопротивления (ОМС) в структуре ферромагнетик/ПДФ/немагнитный металл.
Показано что на параметры ОМС в исследуемой структуре влияет электрическое поле, изменяя порог переключения сопротивления под действием магнитного поля.
Установлен инжекционный характер явления, зависящий от степени спиновой поляризации электронов.
Предложена эмпирическая модель зонной структуры контакта ферромагнетик/несопряженный полимер, объясняющая ОМС.
Защищаемые положения:
1. В многослойной структуре ферромагнетик/широкозонный
полимер/металл реализуется магнетосопротивление с аномально большими
коэффициентами.
2. Магнетосопротивление в многослойной структуре
ферромагнетик/полимер/металл имеет инжекционную природу.
3. Изменение проводимости ферромагнетик/полимер/металл происходит под влиянием магнитного поля на параметры потенциального барьера на границе ферромагнетик/полимер таким образом, что создаются условия для инжекции спинполяризованных носителей с уровня Ферми ферромагнетика в узкую зону когерентного переноса заряда в середине запрещенной зоны полимера.
Практическая ценность работы заключается в том, что обнаруженное
явление огромного магнетосопротивления в структуре
ферромагнетик/несопряженный полимер/немагнитный металл может быть использовано при создании сенсоров магнитного поля, ячеек памяти в системах хранения данных, спиновых фильтров, спиновых транзисторов и других компонентов элементной базы органической спинтроники. Полученные данные закладывают основы для построения теоретической модели явления.
Апробация работы.
Основные результаты работы были апробированы на различных конференциях: Региональная школа конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике (Уфа, Россия, 2004); XI Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» (Казань, Россия, 2004); V Международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (Санкт-Петербург, Россия, 2006); XI Международный Симпозиум «Нано физика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, Россия, 2006); 6th International Conference on Electronic Processes in Organic Materials (ICEPOM-06) (Gurzuf, Ukraine, 2006); International Conference "Nanomeeting-2007" (Minsk, Belarus, 2007); Workshop on Spintronic Effects in Organic Semiconductors (Bologna, Italy, 2007); E-MRS 2009 Fall Meeting (Warsaw, Poland, 2009); Conference "Functional Material" ICFM'2009 (Simferopol, Ukraine, 2009); IV International Conference on Molecule Electronics ELECMOL'08 (Grenoble, France, 2009); International Conference on Physics, Chemistry and Application of Nanostructures "Nanomeeting-2009" (Minsk, Belarus, 2009); Eupoc2009-EPF Europolymer Conference, (Gargnano Lago di Garda, Italy, 2009);
IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" Nanospintronics. EASTMAG-2010 (Ekaterinburg, Russia6 2010); Spinos 2010, 3rd Topical Meeting on Spins in Organic Semiconductors (Amsterdam, The Netherlands, 2010); V International Conference on Molecule Electronics ELECMOL'10 (Grenoble, France, 2010);
Публикации.
По теме диссертации опубликованы 40 научных работ, из которых 7 статей в рецензируемых научных журналах, из списка рекомендованных ВАК России.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав, выводов и списка литературы. Общий объем составляет 142 страницы, 38 иллюстраций. Библиография включает 92 названий.
