Chemical Vapor Deposition d'un aimant Organic, Vanadium tétracyanoéthylène

Le semi-conducteur ferrimagnétique vanadium tétracyanoéthylène base organique (V [TCNE] _x, x ~ 2) présente la température ambiante de l'ordre magnétique et promet les avantages des matériaux organiques pour des applications magnetoelectronic, tels que la flexibilité, la production à faible coût, et accordabilité chimique. Des études antérieures ont mis en évidence la fonctionnalité des dispositifs de spintronique, y compris les vannes de spin organique / inorganique et ^1,2 tout hybrides ^{organiques-3,} et en tant que polariseur de spin dans un organique / inorganique hétérostructure semi-conductrice active ^4. En outre, V [TCNE] _{x ~ 2} a démontré promesse pour l'inclusion dans l'électronique haute fréquence en raison de sa très étroite largeur de raie de résonance ferromagnétique ^5.

Il existe quatre méthodes différentes qui ont été établies pour la synthèse V [TCNE] _{x ~ ⁶ au 9 février.} V [TCNE] _{x ~ 2} a d'abord été synthétisé de la façon powder par réaction dans le dichlorométhane de TCNE et V (C ₆ H ₆₎ ^6. Ces poudres présentent le premier ordre magnétique à température ambiante observée dans un matériau à base organique. Cependant, la forme de poudre de ce matériau est extrêmement sensible à l'air, ce qui limite son application dans dispositifs à couches minces. En 2000, un dépôt chimique en phase vapeur procédé (CVD) a été établi pour la création V _{[x ~]} TCNE _deux films minces ^7. Plus récemment, dépôt physique en phase vapeur (PVD) ⁸ et dépôt de couche moléculaire (MLD) ⁹ ont également été utilisés pour fabriquer des films minces. Le procédé PVD nécessite un système ultra-haut vide (UHV) et les deux PVD et méthodes MLD nécessite extrêmement longs temps de cultiver des films plus épais que 100 nm, tandis que les films de CVD peuvent facilement être déposés dans des épaisseurs allant de 30 nm à plusieurs microns. En plus de la variété d'épaisseurs disponibles avec le procédé CVD, des études approfondies ont donné des films qui montrent constamment élevé q optimiséualité propriétés magnétiques, y compris: résonance ferromagnétique étroite (FMR) largeur de raie (1,5 G), la température de Curie élevée (600 K), et forte de commutation magnétique ^5.

Ordre magnétique dans V _[x] TCNE _{~ 2} films minces procède par une voie non conventionnelle. Mesures de magnétométrie SQUID montrent une forte commande magnétique _local, mais l'absence de rayons X des pics de diffraction et microscopie électronique en transmission sans relief (TEM) ¹⁰ morphologie révèlent un manque de longue portée ordre structural. Cependant, étendu absorption des rayons X de structure fine (EXAFS) étudie ¹¹ montrent que chaque ion de vanadium est octahédriquement coordonné avec six molécules de TCNE différentes, indiquant un ordre structurel locale robuste avec une longueur de liaison vanadium d'azote de 2.084 (5) Å. Magnétisme résulte d'un couplage d'échange antiferromagnétique entre les spins non appariés du TCNE ^– anions radicaux, qui sont répartis sur toute la TCNE ^–molécule, et les spins sur les ions V ^2+, conduisant à une commande locale avec ferrimagnétique T _C ~ 600 K pour les films ⁵ optimisées. En plus d'exposer ordre magnétique à température ambiante, V [TCNE] _{x ~ 2} films sont semi-conducteurs avec 0,5 eV bande interdite ^12. Autres propriétés de la note incluent possible sperimagnetism dessous d'une température de congélation de ~ 150 K ^13,14, magnétorésistance positif anormale ^12,15,16, et le magnétisme photo-induit ^13,17,18.

Le procédé CVD de synthèse V _{[x ~]} TCNE _deux films minces est compatible avec une grande variété de substrats en raison de la basse température (<60 ° C) et dépôt conforme. Des études antérieures ont montré dépôt réussie de V [TCNE] _{x ~ 2} sur les deux substrats rigides et flexibles ^7. En outre, cette technique de dépôt se prête à la mise au point par modification des précurseurs et des grparamètres owth. ^19-22 Bien que le protocole présenté ici donne des films les plus optimisés à ce jour, des progrès significatifs ont été accomplis dans l'amélioration de certaines des propriétés du film depuis la découverte de cette méthode et d'autres gains peuvent être possibles.