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

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ПРОВОДИМОСТИ 5

1.1 Зонная теория проводимости 5

1.2. Размерные эффекты в тонких полимерных пленках 10

1.3. Полидифениленфталид и свойства полимеров класса полиариленфталидов 12

1.4. Огромное магнитосопротивление в гетероструктурах ферромагнетик-полимер 15

1.5. Механизм переноса зарядов в полимерах 16

1.5.1 Прыжковый транспорт по центрам с гауссовым распределением энергетических уровней 17

1.5.2. Поляронная модель 18

1.5.3. Модель дипольных ловушек 21

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОВОДИМОСТИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, ПОЛУЧАЕМОЕ БЕЗ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ 23

2.1. Исследование проводимости в магнитном поле, получаемое без источника электрического напряжения 23

2.1.1 Получение образца и установка эксперимента 23

2.1.2. Измерения и результаты 24

2.2. Низкотемпературное измерения одномерной проводимости полимерных пленок 26

2.2.1. Измерение проводимости в предпереходной области 26

2.2.2. Полученные результаты и их обсуждение 28

2.3. Измерение проводимости в высокопроводящем состоянии 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36

ЛИТЕРАТУРА 37

Введение

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.

Выдержка из текста работы

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.

Заключение

Получено значение характерного размера шума для каждого состояния проводимости полимерной пленки в измерительной схеме. При увеличении воздействия магнитного поля на образец, изменялась его проводимость, т.е. образец переходит из обычного состояния в высокопроводящее состояние. Это можно увидеть на рисунке 6. Резкое уменьшение шума соответствует переключению в высокопроводящее состояние. В диэлектрическом состоянии шумы больше, а самые большая амплитуда шумов в предпереходном состоянии. Получено, что переключение проводимости полимерной пленки по магнитному полю возможно даже при отсутствии источника напряжения в цепи, т.е. без внешнего электрического поля.

Когерентный транспорт электронов по квазиодномерным каналам проводимости обнаружен при комнатной температуре. Это предполагает, что понижение температуры не должно оказывать никакого влияния на высокую проводимость электронов в канале, так как электроны уже находятся в состоянии квантовой когерентности. Это соответствует полученным в настоящей работе результатам, так как слабую зависимость сопротивления от температуры можно отнести к подводящим проводам, а не к наблюдаемому объекту.

Список литературы

1. Лачинов А.Н., Воробьева Н.В., Лачинов А.А. Особенности гигантского магнитосопротивления в системе ферромагнетик – полимер // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т.84, №11. С.720-722.

2.Воробьева Н.В., Лачинов А. Н., Jan Genoe., Лачинов А.А., Корнилов В.М. Особенности инжекционного гигантского магнитосопротивления в системе Ni-полимер-Cu // Известия РАН.Серия физическая. 2009. Т73. №1. С.18-22.

3.Блайт Э.Р.,Блур Д. Электрические свойства полимеров –Москва, ФИЗМАТЛИТ 2008.С.91-98,217-223.

4.А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева А.А Лачинов. Роль слоя широкозонного полимера для существования переключения проводимости в вентильной структуре, ФТТ–2012. – том 54. вып .2.

5. Лачинов А.Н., Воробьева Н.В. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров // УФН. 2006. Т.176. №. 12. С. 1249-1266.

6. Лачинов А.Н., Корнилов В.М. Наноэлектроника полимерных материалов// Учебное пособие. Уфа. 2007. C. 172.

7. Салихов Р.Б., Лачинов А.Н., Рахмеев Р.Г. Транспортный слой на границе раздела двух полимерных пленок // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. вып.11. С. 88-94.

8.Лачинов А.Н., Воробьева Н.В. Особенности гигантского магнитосопротивления в системе ферромагнетик – полимер // Письма в ЖЭТФ. Т. 84. 2006. вып. 11. С. 720-722.

9. Воробьева Н.В., Лачинов А.Н. Огромное магнитосопротивление структур на основе неферромагнитных широкозонных полимеров // Сборник трудов XXII Международной конференции г. Астрахань. 2012 г. 17-21 сентября. C. 19-22.

10. Воробьева Н.В., Лачинов А.Н., Jan Genoe, Лачинов А.А., Корнилов В.М. Особенности инжекционного гигантского магнитосопротивления в системе Ni–полимер–Cu // Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т.73. №1. С. 18-22.

11. Лачинов А.А. Магнетосопротивление в структуре ферромагнетик/полидифениленфталид/немагнитный металл // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. г. Челябинск. 2011 г.

12. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров УФН, 2006, Т.176 № 12.

13. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева УФН 2006. Т.176. №.12. С.1249-1266.

14. А. Н. Лачинов, Р. Б. Салихов, А. А. Бунаков Механизмы переноса зарядов тонких полимерных пленках // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2005.- Т.-5. – Вып.13.

15. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2 кн. М., 1984

16. U. Rauscher, H. Bаssler.// Macromolecules.-1990.- 23.-c.398.

17. A. Miller, E. Abrahams,// Phys.Rev.-1960.-120.-c.745.

18 . L.B.Schein, J.X. Mack.// Chem.Phys.Lett.-1988.-149.-c.109.

19 .J.X. Mack, L.B.Schein, A. Peled.// Phys.Rev. B, Solid State.-1989.- 39.-c.7500.

20. L.B.Schein, D.Glatz, J.S. Scott.// Phys.Rev.Lett.-1990.- 65.-c.472.

21. С.И. Пекар. Исследования по электронной теории кристаллов. М.:Гостехиздат, 1951

22. .Поляроны.// Под ред. Ю.А. Фирсова., М.:Наука, 1975.

23. П.С. Зырянов, М.И. Клингер. Квантовая теория явлений электронного переноса в кристаллических полупроводниках, М.:Наука, 1976.

24. М.И. Клингер.// Успехи физ.наук.-198.-146.-c.105.

25. D.Emin. In Electronic and Structural Properties of Amorphous Semoconductors. – Academic Press, New York.- 1973.

26. Mott N.F., Gurney R.W. Electronic Processes in Ionic Crystals, Dover Publications, New York.- 1940.

27. D.H. Dunlap, V.M. Kenkre.// University of New Mexico Preprint.- 1991.

28. V.M. Kenkre, D.H. Dunlap.// Philos. Mag.B.-1992.- 65.-c.831.

29. А.Г. Тюрин, А.Ю. Крюков, Т.С. Журавлева, А.В. Ванников.// Высокомол. соединения.-1988.- 30Б.-c.793

30. A.V. Vannikov, A.Yu. Kryukov, A.G. Tyurin, T.S. Zhuravleva.// Phys.Status Solidi (A).-1989.-115, K47.

31. A.V. Vannikov, A.Yu. Kryukov.// J.Inf. Rec.Mat.-1990.-18.-c.341

32. А.Ю. Крюков, А.Ч. Саидов, А.В. Ванников.// Хим.физика.-1991.- 10.-c.567.

33. R.A. Marcus.// Ann. Rev. Phys. Chem. –1964.-15.-c.155.

34. С.В. Новиков, А.В. Ванников.// Хим.физика.-1991.- 10.-c.1692.

35. S.V. Novicov, A.V. Vannikov// Chem. Phys. Lett.-1991.-182.-c.598