T6和Alq3有机半导体器件中的自旋轨道耦合及自旋输运研究

自旋轨道耦合是研究自旋电子学中如自旋输运、自旋调控等诸多问题的基础。有机半导体中自旋轨道耦合的来源、形式和耦合强度目前仍不清楚，进而与此相关的许多物理分析和结论都有待探讨。我们拟从K.P理论出发，从广泛用于实验研究的有机分子T6和Alq3 入手，对其及相应器件中的自旋轨道耦合展开研究。内容包括：建立T6 和Alq3对应的K.P 哈密顿量，研究其本征和非本征的自旋轨道耦合性质，探讨分子结构和外电场的影响；计入有机材料中载流子的特殊性，研究自旋轨道耦合（或与超精细作用的共同作用）对有机器件中自旋输运的影响；针对铁磁/有机半导体/铁磁"三明治"结构，控制两磁性层磁矩平行或反平行排列，探讨载流子输运过程中对其自旋调控的可能方案，与实验比较，分析与无机半导体情况的不同，尝试构建新型有机自旋器件模型。这些工作有助于发现有机半导体中更加丰富的物理内容，对有机自旋功能器件的发展将起到指导和推动作用。

自旋轨道耦合是研究和开发自旋电子器件的基础。Yu在最近的研究中报道了Alq3和T6的自旋轨道特性 [Z. G. Yu, Phys. Rev. Lett. 106, 106602 (2011) ]。结合当前国际的关注热点，我们适当调整研究体系，同中国科学技术大学和巴西圣保罗大学合作，分别从半导体体材料和半导体量子阱中的自旋轨道特性两个层面展开研究，取得了一系列有特色的研究成果。我们亦同瑞士巴塞尔大学的实验小组合作，理论与实验得到了很好的吻合，实现了对GaAs量子阱中自旋轨道耦合的综合调控。三年以来，已在Solid State Communications发表SCI论文1篇，另外四篇文章（见结题报告附件）已投稿到Nature Physics， Physics Review Letters和Physics Review B 等高水平杂志。这些工作主要和国外优秀的课题组合作，既有理论又有实验，完成这些成果需要的时间相对较长。