过渡金属掺杂有机小分子材料磁相互作用机理、特性及其调控

有机小分子半导体材料具有优异的光电特性等诸多特点而在有机电子学、有机光电子学、有机自旋电子学、分子电子学等领域具有重要的应用前景。最近在Co掺杂Alq3中发现的室温铁磁性又引起人们对有机小分子半导体材料磁性研究的极大兴趣。本项目针对八羟基喹啉金属、酞菁和卟啉等常用有机半导体小分子材料，通过实验和理论研究，力求揭示3d过渡金属掺杂的常用有机小分子半导体材料的磁相互作用机理，并探索该磁相互作用对有机小分子结构、电学、磁学、光学特性、自旋相关特性的影响及其机制， 在此基础之上，寻找到有效调控过渡金属掺杂有机小分子材料特性的方法及其规律。本项目的实施，对于将来设计基于该种材料的有机器件、分子器件、自旋电子器件、量子器件等具有重要的意义。

本项目以揭示过渡金属掺杂有机小分子半导体材料的磁相互作用机理为目标。按照研究计划，我们全面研究了过渡金属掺杂有机小分子的制备方法及工艺条件，制备出了不同成分和掺杂比例的过渡金属掺杂有机小分子材料，对制备的材料进行了表征和测试，研究了材料的磁相互作用机理，分析了过渡金属掺杂对材料特性的影响，总结了其规律。主要研究成果有：1）制备了过渡金属掺杂8-羟基喹啉铝有机小分子材料，并对其进行了结构表征与性能测试，利用上海光源同步辐射掠入射XAFS分析了其结构，首次利用密度泛函理论第一性原理对其磁性机理进行了研究，分析了其局域磁矩来源及耦合作用机理； 2）制备了过渡金属掺杂8-羟基喹啉镓有机小分子材料，并利用同步辐射光源EXAFS首次精确测定了其精细结构，获得了其最近邻原子类型、配位数及键长等数据，并研究了过渡金属掺杂对材料光致发光等特性的影响。3）制备了8-羟基喹啉铁等8-羟基喹啉过渡金属配合物小分子薄膜，对其进行了系统的形貌结构表征及性能测试，并首次深入分析了其磁相互作用机理；4）制备了过渡金属掺杂8-羟基喹啉铍有机小分子材料，并系统研究了过渡金属掺杂8-羟基喹啉铍有机小分子的磁性及其磁相互作用机理；5）探索了过渡金属掺杂有机小分子的器件应用，制备了纳米复合物有机自旋阀，观察到了比较大的室温磁电阻效应及磁电阻符号随温度的转换。在Appl. Phys. Lett.、Phys. Rev. B、The Journal of Physical Chemistry A、Journal of Applied Physics、Physical Chemistry Chemical Physics等刊物发表SCI论文15篇，获授权国家发明专利1项，达到了本项目的目标。