專利名稱：納米復合物有機自旋閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機自旋閥，尤其涉及一種納米復合物有機自旋閥，屬于自旋電
子學技術領域。
背景技術：
自旋電子學是現代凝聚態物理學極具研究潛力的領域之一。與傳統的電子學不 同，自旋電子學將電子的自旋特性和電荷特性相結合，其核心內容是研究自旋極化電子的 注入、輸運、探測及自旋調控，其目的是將器件的電特性、光特性和磁特性等組合在一起，實 現新型的自旋電子器件。自旋電子學的重大發展，近幾十年來不僅導致了高密度存儲器這 類重大應用性器件的出現，而且還導致了一些基礎性的物理革命，如自旋流、自旋壓、自旋 霍爾效應等新的物理概念的出現。自旋電子學器件包括鐵磁金屬或磁性半導體與絕緣體、 超導體、導體、半導體等構型的復合，也包括近幾年提出的有機功能固體或納米小分子器 件。器件的實際應用需要解決如何有效地將自旋極化電流注入半導體的問題，而目前發現， 注入電流的自旋極化與兩層材料的電阻之比密切相關，而電阻不匹配正式傳統無機半導體 材料難以實現高自旋注入效率的原因所在。 相對于普通無機半導體材料，柔軟的有機半導體可以和磁性層形成良好的接觸， 能有效減少自旋在界面的散射。由于有機材料弱的自旋軌道耦合和弱的超精細相互作用， 載流子的自旋馳豫時間比較長，因而有機材料是實現自旋極化輸運的理想候選材料。不同 于傳統的無機半導體中的載流子是電子空穴，有機半導體的載流子是極化子、雙極化子和 孤子等準粒子，它們具有更復雜的電荷自旋關系，使有機自旋器件具有更豐富的特性。
有機自旋閥通常采用鐵磁電極(FM1)/有機材料/鐵磁電極(FM2)的結構，利用 FM1、 FM2的矯頑力大小不同，在不同矯頑場作用下兩鐵磁電極磁化方向呈平行(P)或反平 行(AP)排列。FM電極磁化方向P和AP排列導致了自旋閥電阻(R)的變化，定義磁電阻 效應MR% = (RAP-RP)/RP. 2004年，Xiong等人首次制備出LSM0/Alq3/Co有機自旋閥，并在 低溫10K下獲得40X的負磁電阻效應，遺憾的沒有室溫磁電阻效應[Xiong et al. Nature 427,26(2004)]。隨后，T. S. Santos小組和J. H. Shim小組先后在隧穿有機自旋閥中分別獲 得了 4. 6%和5. 2%的室溫自旋閥效應[T. S. Santos et al. Physical Review Letters98， 016601(2007)&J. H. Shim et al. Physical Review Letters 100， 226603 (2008)]，但是這種 自旋閥制備要求嚴格，要形成良好的界面，而且帶自旋的載流子是否在有機層被調控還存 在疑惑。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種既能獲得大的室溫磁電阻，又能實現從低 溫負磁電阻向室溫正磁電阻的轉變的納米復合物有機自旋閥。 —種納米復合物有機自旋閥，該自旋閥由三明治結構構成，頂電極是帶有鋁薄膜 作保護層的過渡金屬鈷薄膜，底電極是鑭鍶錳氧薄膜，中間傳輸層是過渡金屬鈷與有機小分子八羥基喹啉鋁的納米復合物。 —種納米復合物有機自旋閥的制備方法，制備方法如下 1)用激光脈沖沉積方法在鈦酸鍶襯底上制備厚度為100nm的鑭鍶錳氧薄膜，作為 自旋閥的底電極； 2)將鑭鍶錳氧底電極腐蝕成表面積2 X 10mm2的長條，放入多源高真空熱蒸發室 中，將多源高真空熱蒸發室抽真空，使本底壓強至1. 5X10—4Pa ; 3)熱蒸發純度為99. 99%的過渡金屬鈷和純度為99. 995 %的八羥基喹啉鋁粉末 到鑭鍶錳氧底電極上，得到厚度120nm的有機納米復合物中間傳輸層，其中過渡金屬鈷和 八羥基喹啉鋁的質量比12. 5% ; 4)保持多源高真空熱蒸發室1. 5 X 10—4Pa的真空度，通過一個10 X 2mm2的掩模，在 有機納米復合物中間傳輸層上蒸發制備一個5nm厚的過渡金屬鈷薄膜作為頂電極；
5)在過渡金屬鈷薄膜頂電極上加熱蒸發40nm厚的鋁薄膜作保護層。
本發明制備的La。.67Sr。.33Mn03/Alq3-CO/CO結構的有機自旋閥，其磁電阻特性比較 La。.67Sr。.33Mn03/有機材料/Co系統有較大差別。在低溫10K時，表現出負自旋閥磁電阻效 應；當溫度升到100K時，在表現自旋閥磁電阻效應的時也表現出室溫正磁電阻效應；當在 室溫時，表現出9. 7%的正磁電阻效應。本發明的優點在于既能獲得大的室溫磁電阻，又 能實現從低溫負磁電阻向室溫正磁電阻的轉變。
圖1是本發明的結構示意圖。 其中，LSMO、鑭鍶錳氧，分子式La。.67Sr。.33Mn03， Co/Al、頂電極，Alq3-Co、有機納米 復合物中間傳輸層，substrate、鈦酸鍶襯底。
具體實施方法
實施例 如圖l所示的一種納米復合物有機自旋閥，該自旋閥由三明治結構構成，頂電極
是帶有鋁薄膜作保護層的過渡金屬鈷薄膜，底電極是鑭鍶錳氧薄膜，中間傳輸層是過渡金
屬鈷與有機小分子八羥基喹啉鋁的納米復合物。 上述納米復合物有機自旋閥的制備方法如下 1)用激光脈沖沉積方法在鈦酸鍶襯底上制備厚度為100nm的鑭鍶錳氧薄膜，作為 自旋閥的底電極； 2)將鑭鍶錳氧底電極腐蝕成表面積2X 10mm2的長條，放入多源高真空熱蒸發室 中，將多源高真空熱蒸發室抽真空，使本底壓強至1. 5X10—4Pa ; 3)熱蒸發純度為99. 99%的過渡金屬鈷和純度為99. 995 %的八羥基喹啉鋁粉末 到鑭鍶錳氧底電極上，得到厚度120nm的有機納米復合物中間傳輸層，其中過渡金屬鈷和 八羥基喹啉鋁的質量比12. 5% ; 4)保持多源高真空熱蒸發室1.5X10—乍a的真空度，通過一個10X2m^的掩模，在 有機納米復合物中間傳輸層上蒸發制備一個5nm厚的過渡金屬鈷薄膜作為頂電極；
5)在過渡金屬鈷薄膜頂電極上加熱蒸發40nm厚的鋁薄膜作保護層。
權利要求
一種納米復合物有機自旋閥，該自旋閥由三明治結構構成，其特征在于，頂電極是帶有鋁薄膜作保護層的過渡金屬鈷薄膜，底電極是鑭鍶錳氧薄膜，中間傳輸層是過渡金屬鈷與有機小分子八羥基喹啉鋁的納米復合物。
2. —種納米復合物有機自旋閥的制備方法，其特征在于，制備方法如下1) 用激光脈沖沉積方法在鈦酸鍶襯底上制備厚度為100nm的鑭鍶錳氧薄膜，作為自旋 閥的底電極；2) 將鑭鍶錳氧底電極腐蝕成表面積2 X 10mm2的長條，放入多源高真空熱蒸發室中，將 多源高真空熱蒸發室抽真空，使本底壓強至1. 5X10—4Pa ;3) 熱蒸發純度為99. 99%的過渡金屬鈷和純度為99. 995 %的八羥基喹啉鋁粉末到鑭 鍶錳氧底電極上，得到厚度120nm的有機納米復合物中間傳輸層，其中過渡金屬鈷和八羥 基喹啉鋁的質量比12.5% ;4) 保持多源高真空熱蒸發室1. 5 X 10—4Pa的真空度，通過一個10 X 2mm2的掩模，在有機 納米復合物中間傳輸層上蒸發制備一個5nm厚的過渡金屬鈷薄膜作為頂電極；5) 在過渡金屬鈷薄膜頂電極上加熱蒸發40nm厚的鋁薄膜作保護層。
全文摘要
納米復合物有機自旋閥，屬于自旋電子學技術領域。該自旋閥由三明治結構構成，頂電極是帶有鋁薄膜作保護層的過渡金屬鈷薄膜，底電極是鑭鍶錳氧薄膜，中間傳輸層是過渡金屬鈷與有機小分子八羥基喹啉鋁的納米復合物。該自旋閥的制備方法如下用激光脈沖沉積方法在鈦酸鍶襯底上制備自旋閥的鑭鍶錳氧薄膜底電極；熱蒸發制備過渡金屬鈷與八羥基喹啉鋁的有機納米復合物中間傳輸層；在有機納米復合物中間傳輸層上制備一個過渡金屬鈷薄膜作為頂電極；在過渡金屬鈷薄膜頂電極上加熱蒸發鋁薄膜作保護層。
文檔編號H01F41/14GK101710528SQ200910231498
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者龐智勇, 方少杰, 林亮, 王豐功, 韓圣浩 申請人:山東大學