«Переключение проводимости в магнитном поле, получаемое без источника электрического напряжения» - Дипломная работа

При исследованиях структур спинтроники особенно актуальными представляются проблемы достижимости большой величины магниторезистивного эффекта при комнатной температуре, а также увеличение толщины спин-транспортного слоя. В широком диапазоне материалов и структур реализуются явления магнитосопротивления и спинового транспорта, основанные на принципиально новых физических эффектах, ранее остававшихся без внимания исследователей.

В таком аспекте перспективным выглядит исследование магниторезистивных и спин-транспортных свойств для органического диэлектрического материала, а также гетероструктуры ферромагнетик/ органический диэлектрик и структур типа спинового вентиля с использованием в качестве спин-транспортного слоя органического полимера с широкой запрещенной зоной, так как такие материалы могут переключать проводимость при комнатной температуре

Ранее было показано, что гетероструктура типа никель-полидифениленфталидная пленка может изменить свое сопротивление на 6-8 порядков при изменении внешнего магнитного поля [1].

В экспериментах, проведенных до настоящей работы [1,2] наличие источника напряжения в измерительной схеме создавала дополнительное воздействие, которое усложняло физическую картину эффекта. В связи с этим для уменьшения количества воздействующих факторов была поставлена задача выяснить возможно ли переключение проводимости в магнитном поле без источника электрического напряжения (на контактной разности потенциалов).

Цель работы:

Исследование магниторезистивных свойств полимерной пленки при помощи контактного напряжения, а также особенностей высокопроводящего состояния полимерного материала.

Задачи:

1.Обзор материала по несопряженным полимерам, переключеню проводимости в тонких органических пленках, огромному магнитосопротивлению в структурах органический диэлектрик/ферромагнетик.

2.Исследование огромного магнитосопротивления в структуре никель/полидифениленфталид (ПДФ) при помощи контактного напряжения.

3. Исследование температурной зависимости одномерной проводимости пленок ПДФ.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОВОДИМОСТИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, ПОЛУЧАЕМОЕ БЕЗ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Исследование проводимости в магнитном поле, получаемое без источника электрического напряжения

2.1.1 Получение образца и установка эксперимента

Для создания образца мы использовали никелевую пластинку для подложки. Полимерную пленку наносили методом центрифугирования. Сначала закрепляли никелевую подложку на центрифуге. Затем наносили на подложку раствор полимера. Использовали 7% раствор в циклогексаноне. Скорость вращения 2000 об/мин, время вращения 20с. После центрифуги образцы помещались в сушильный шкаф 1500С на 30 минут. Далее образец припаивался образец к подставке из неферромагнитного материала. Подставка была снабжена специальным приспособлением для создания нормального давления. Сверху и снизу полимерной пленки обеспечивался площадки для электро-контактов. Приставка фиксировалась между полюсами электромагнита.

Рис.4. Структурная схема образца.

Мы собрали установку (рис. 5), состоящую из 1 – вольтметр, 2 – источник напряжения, 3 – индикаторное сопротивление ~ 2 кОм, 4 – полюса магнита, 5 – измерительная ячейка, 6 – тесламетр, 7 – балластное сопротивление 200 кОм. В установке использовали электромагниты. Только магниту подведен источник напряжения. В компьютере использовалась программа автоматической обработки результатов измерения.

Рис.5. Схема установки эксперимента.

2.1.2. Измерения и результаты

Измерение проводилось в случаях, когда образец находился вне магнитного поля, в магнитном поле при постоянном внешнем давлении и в случаях, когда меняли внешнее давление. Сигнал получали в магнитном поле на контактном напряжении (без источника напряжения). Контактное напряжение было 0,15 мВ. Магнитное поле изменяли в диапазоне от 0 до 375 мТл. Наличие шумов фиксировалось вплоть до 150 мТл при возрастании магнитного поля.

При воспроизведении эксперимента из [1] без внешнего электрического поля для гетероструктуры никель-полидифениленфталидная пленка, находящийся в метастабильном предпереходном состоянии был идентифицирован переход структуры в высокопроводящиее состояние при значении внешнего магнитного поля 155 мТ по изменению характера шумов прибора Aglient 34401А (рис.6). Следует отметить, что такой переход из низкопроводящего стояния в высокопроводящее при увеличении значения внешнего магнитного поля был зафиксирован на этом образце и обычным способом, описанным в [1] при значении подаваемого на исследуемую структуру напряжения 1 В.

Рис.6. Изменение характера шумов прибора при возрастании внешнего магнитного поля.

Сравнение шумов для разных состояний полимерной пленки, оценка, порядок величины (среднее значение). Короткое замыкание выхода вольметра ±2·10-10 вольт. Диэлектрическое состояние полимерной пленки ±2,5·10-9 вольт.

Предпереходное состояние полимерной пленки (диэлектрическое состояния, до перехода в высокопроводящее состояние) ±1·10-8 вольт. Постпереходное состояние (после перехода в высокопроводящее состояниеь при увеличении магнитного поля) ±6·10-10 вольт.

На рис. 6 хорошо заметны диапазоны шумов для участка 0 – 100 мТл (диэлектрическое состояние); 100 – 155 мТл (предпереходное состояние) и более 155 мТл – высокопроводящее состояние полимерной пленки.