有机分子结构调制对有机/铁磁界面自旋极化的影响

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自旋电子学在现代凝聚态物理学中占据着非常重要的地位。近年来，有机功能材料与自旋电子学的相互结合，产生了许多令人惊喜的现象，引起了广大研究者的关注，从而形成了一门新的研究领域--有机自旋电子学。有机自旋电子学在开发低成本高性能的柔性自旋电子学设备中具有独特的优势。其中，有机界面处的自旋极化（SP）尤为重要，对有机器件自旋注入及自旋极化输运起着决定性的作用。与无机界面不同，有机界面的特点是有机分子能够在铁磁电极表面发生化学吸附，从而使分子与铁磁原子之间发生轨道杂化现象。两者之间的轨道杂化会导致界面自旋极化发生变化，甚至会引起界面自旋极化发生反转。因此，界面操控已成为调制有机自旋器件自旋注入和输运的有效手段，以至产生了一门新的研究领域—“有机界面自旋电子学”。
　　在影响有机界面自旋极化的因素中，除电极和界面耦合细节外，分子的自身结构及能态也是决定界面自旋极化的重要因素之一。分子结构的调制会改变分子轨道的性质，进而影响分子与铁磁电极的界面轨道杂化，调节界面自旋极化。分子/铁磁界面耦合细节已有相当的研究，在本论文中，我们重点研究了分子结构调制对界面自旋极化的影响。
　　本文主要是基于苯分子/镍有机铁磁界面，运用第一性原理方法，研究了分子末端集团和分子侧基变化对界面自旋极化的影响。
　　本文的计算结果如下：
　　1.基于第一性原理，我们将有机苯分子通过末端集团垂直吸附在Ni（111）表面。考虑三种末端集团，-SH,-OH,和-CN。结果表明，界面自旋极化率是能量的函数，不同末端集团下费米面处的界面自旋极化取向及大小不同。通过对轨道投影态密度的分析，我们发现-SH和-OH末端集团的sp3外层轨道与铁磁电极的d轨道发生了sp3-d轨道杂化，而-CN集团sp轨道与电极d轨道作用，发生了sp-d轨道杂化。这表明，我们可通过末端集团的选择实现界面自旋极化正负或大小的选择。
　　2.基于第一性原理方法，计算苯分子在Ni电极表面的平行吸附。通过给有机苯分子悬挂不同侧基，如-H,-NO2和-NH2，研究其自旋极化现象。结果表明，施加不同侧基后，费米面处的界面自旋极化率数值上发生了小幅度的改变。此外，侧基改变了苯环的空间对称性，进而改变了界面的自旋密度空间分布，尤其是对连接侧基的 C原子作用明显。这表明，施加侧基可以改变有机分子的结构以及空间对称性，改变有机分子与铁磁界面的pz-d轨道杂化，进而影响有机分子/铁磁界面的自旋极化。

著录项

作者
张朝;
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作者单位

山东师范大学;

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授予单位山东师范大学;
学科物理学
授予学位硕士
导师姓名胡贵超;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类凝聚态物理学;
关键词
自旋极化; 有机分子结构; 有机/铁磁界面; 第一性原理; 凝聚态物理;

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