有机半导体中自旋的注入和反转基本机理

自旋电子学研究对电子的自旋自由度的操纵及利用。对自旋控制的概念引入，使传统的电子和光电子器件增加了新的功能。特别是由于在半导体中特别长的自旋弛豫时间和相干长度，会产生在概念上全新的基于量子调控和量子计算的固体器件，从而引发一场新的信息科学的革命。在有机半导体中，由于较低的原子量导致自旋-轨道相互作用对自旋的散射非常微弱，从而载流子的自旋可以比在无机半导体中保存更长的时间，其有机磁电阻效应可高达 300 %。在本课题中，我们将研究测量不同的无机基质和有机半导体材料之间的自旋注入效率、有机半导体薄膜中的自旋弛豫动力学、有机半导体中自旋的输运并进行对有机半导体自旋注入和自旋弛豫第一原理的计算。我们的总体目标是要通过对界面的自旋注入与有机半导体自旋弛豫和自旋输运的测量和计算以理解其基本过程和机理。

通过四年的努力工作，基本完成了本项目的研究计划，研究了一系列有机半导体材料和铁磁材料的界面，为深入理解自旋注入这一物理现象提供了重要依据。对高迁移率有机半导体薄膜和铁磁以及非铁磁材料界面的研究，对有机自旋量子调控意义重大。建成的时间、角度、自旋分辨的光电子能谱仪(STARPES)及配套设备为有机半导体自旋电子学的发展提供了有力的实验手段和平台。通过原子力显微镜、凯尔文力显微镜、低温扫描隧道电子显微镜以及密度泛函计算等多方位的探索以解决有机半导体自旋注入和传输中的关键科学问题。