«Изучение влияния слабых магнитных полей на основе структуры ni/пдф»

Неорганические материалы характеризуются сравнительно небольшим временем релаксации спина, органических время релаксации спина гораздо больше. Но у них есть недостатки: малая концентрация носителей заряда и их низкой подвижностью, которая приводит к небольшим значениям электрического тока, которым можно управлять и малому изменению сопротивления в магнитном поле. Это связано с особенностями электронной подсистемы сопряженных органических веществ. В определенном классе несопряженных полимерных материалов, тонких пленок показывают высокий уровень электропроводности и подвижности носителей заряда, которые сопоставимы с параметрами хороших неорганических полупроводников. Электрической проводимостью материала можно управлять, воздействуя на них, например, электрическим полем, давлением, изменяя условия на контакте металл-полимер. Один из этих представителей полидифениленфталид (ПДФ), обладающий несопряженной системой валентных - электронов и нетипичными для диэлектриков электронными характеристиками. Одной из главных проблем, ограничивающих развитие исследований проводимости полимеров, является отсутствие адекватной физической модели.

Экспериментальное изучение природы переноса заряда в этих структурах, металл/полимер с несопряженным органическим материалом, таких как транспорт под действием магнитного поля, особенно слабого, представляет большой интерес для фундаментальной науки и для перспектив практического применения.

Цель работы:

Исследовать магниторезистивные явления структуры ферромагнетик-полимер в слабом магнитном поле.

Задачи:

1. Получить исходные образцы ферромагнитных подложек с собственным механическим напряжением на границе раздела ферромагнетик-полимер.

2. Исследовать влияние слабых магнитных полей для наблюдения эффекта электронного переключения проводимости совместно с добавочным механическим давлением.

3. Исследовать возможность переключения проводимости в магнитном поле, с системе Ni-полимер-Cu, путем изменения величины разности потенциалов на сэндвич - структуре, не применяя добавочное механическое давление.

Анализируя результаты исследований электронных свойств системы полимер-ферромагнетик в слабом магнитном полем можно предположить существование возможности влияния на величину магнитного поля, который приводит к изменению проводимости в системе Ni-полимер-Cu, путем изменения величины разности потенциалов на сэндвич - структуре, не применяя добавочное механическое давление.

2.2. Метод нанесения полимерных слоев

Полимерные слои были сделаны методом центрифугирования. Для образцов спинового вентиля стеклянную подложку очищали от загрязнений и этиловым спиртом и помещали в ультразвуковую ванну в течение 2 минут для окончательной очистки в дистиллированной воде. На очищенную стеклянную подложку наносились электроды методом термодиффузионного напыления. После этого экспериментального образца наносилось небольшое количество раствора полимера (в качестве растворителя использовался циклогексанон) с помощью автоматической пипетки переменного объема (Biotech), а затем помещается в центрифугу, в течение 2-4 минут для равномерного распределения полимера при скорости вращения 1500 об/мин.

Для асимметричного образца массивную подложку (поликристаллический Ni) очищали от загрязнений толуолом, а затем протирали поверхность этиловым спиртом и только после помещали в ультразвуковую ванну.

Затем, подложка с полимером сушилась на воздухе при комнатной температуре в течение 15 до 20 минут, а затем был помещен в сушильный шкаф на 40 минут при температуре 150ºC для полного удаления остатков растворителя. Согласно работе после такой процедуры в полимерной пленке остается не более 1% растворителя. Толщина полимерной пленок приходится 70 нм 75 нм, 80 нм 100 нм и были измерены с помощью профилометра контактного -130 с погрешностью измерения 8 нм.

2.3. Блок-схема эксперимента

Рис.6. Блок-схема эксперимента. 1 - вольтметры; 2 - источники питания; 3 - эталонное сопротивление; 4 - обкладки магнита; 5 - измерительная ячейка; 6 - измеритель магнитной индукции; 7 – держатель образца в магнитном поле.

На рисунке 6 представлена блок-схема эксперимента. Многослойный пленочный образец 5, приклеенный на рабочем столе, располагался между полюсами магнита 4. К столику припаивались провода, которые подсоединялись к измерительным приборам. Электрическое напряжение подается на образец стабильного источника питания 2. Балластное сопротивление (Rбал=200 кОм) был использован для ограничения тока через образец. Измеряемый сигнал подавался на регистрационный вольтметр 1 с эталонного сопротивления.

Крепление образца происходило на полюсе магнита (направление поля параллельно плоскости структуры).

Рис. 7 Экспериментальная установка для исследования электронных свойств системы фыерромагнетик-полимер в слабом магнитном поле.

При исследовании применялись следующие приборы:

1. Вольтметр Agilent 34401A 61/2 Digit Multimeter,

2. Источник питания для приставки Gw Instek PSM – 6003,

3. Источник питания для магнита Agilent Technologies N 5752A 600v/1,3A. 780w.

8. Р.Б. Салихов, А.Н. Лачинов, Р.Г. Рахмеев «Физика и техника полупроводников» – 2007. – том 41, вып. 10.

9. А.Н. Лачинов Письма в ЖТФ 24(13) 89(1998).

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

11. Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes and Sadamichi Maekawa. Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions Nature 458, 489-492 (2009).

12. Б. П. Захарченя, В.Л. Коренев. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электронику. УФН, 2005, Т 175, № 5, С.629-635.

13. А.А. Лачинов, Н.В. в Воробьева. Влияние внешнего магнитного поля на вольт-амперные характеристики структуры ферромагнетик-полимер, 2008, №10.

14. В.Ю., Кацнельсон М.И., Трефилов А.В. // Письма в ЖЭТФ. – 1991. – Т. 53. С.351.

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

16. Н. В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Jan Genoe, А.А. Лачинов, Б.А.Логинов. О возможности управления величиной магнитного поля переключения в гетероструктуре Ni-полимер – Cu.

17. Воробьева Н.В., Лачинов А.Н., Логинов Б.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. – 2006 –Т.5.С.22.

18. Xie S.J., Ahn K.H., Smith D.L., Bishop A.R., Saxena A. Ground-state properties of ferromagnetic metal / conjugated polymer interfaces. // Phys. Rev. B. – 2003. – V.67. P. 125202 (7 p.).

19. Dedue V., Murgia M., Matacotta F., Taliani C., Barbanera S. Room temperature spin polarized injection in organic semiconductor // Solid State Comm. –2002. –V.122. –Pp.181-184.

20. Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes & Sadamichi Maekawa, Nature, 458, 489 (2009).

21. А.Н. Лачинов, В.М. Корнилов, Т.Г. Загуренко, А. Ю. Жеребов. К вопросу о высокой проводимости несопряженных полимеров. ЖЭТФ – 2006 – т129, №4, 728-739.

22. Н.В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Jan Genoe, А.А. Лачинов, Б.А.Логинов, Нанотехника 15 – (2008) – 3.

23. С.В.Вонсовский. Магнетизм.Наука, М.(1971)с.836.

24. 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.