Chemical Vapor Deposition eines Organic Magnet, Vanadium Tetracyanethylen

Die organische Halbleiterbasis ferri Vanadium Tetracyanoethylen (V [TCNE] _x, x ~ 2) zeigt Raumtemperatur magnetische Ordnung und verspricht die Vorteile organischer Materialien für magnetoelektronischen Anwendungen, wie zB Flexibilität, niedrige Kosten der Produktion und der chemischen Abstimmbarkeit. Frühere Studien haben Funktionalität in Spintronik-Geräte, einschließlich Hybrid organisch / anorganische ^1,2 und all-Bio-Spin-Ventile ³ gezeigt, und als Spin-Polarisator in einem aktiven organisch / anorganische Halbleiter-Heterostruktur ^4. Darüber hinaus hat V [TCNE] _{x ~ 2} Versprechen für die Aufnahme in Hochfrequenz-Elektronik aufgrund seiner extrem schmalen ferromagnetische Resonanzlinienbreite ⁵ demonstriert.

Es gibt vier verschiedene Verfahren, die zur Synthese von V [TCNE] _{x ~ ^Februar 06-09} hergestellt wurden. V [TCNE] _{x ~ 2} wurde zuerst als powde synthetisiertr in Dichlormethan mittels Reaktion von TCNE und V (C ₆ H ₆₎ ^6. Diese Pulver zeigte die zunächst in einem organischen Material auf Raumtemperatur beobachtet magnetische Ordnung. Jedoch ist die Pulverform dieses Materials extrem luftempfindliche, der ihre Anwendung in Dünnschichtvorrichtungen. In 2000 wurde eine chemische Dampfabscheidung (CVD-Verfahren) wurde zur Erstellung V [TCNE] _{x ~ 2} Dünnfilme ⁷ etabliert. Jüngerer physikalische Dampfabscheidung (PVD) ⁸ und Molekularlagenabscheidung (MLD) ⁹ wurden ebenfalls verwendet, um dünne Filme herzustellen. Das PVD-Verfahren erfordert eine Systemultrahochvakuum (UHV) und gleich PVD und mLD Verfahren erfordern extrem lange Zeiten zu Folien wachsen dicker als 100 nm, während die CVD-Filme können leicht in Dicken von 30 nm bis zu einigen Mikrometern aufgebracht werden. Neben der Vielzahl von Dicken mit dem CVD-Verfahren, haben umfangreiche Untersuchungen ergab optimiert Filme, die zeigen durchweg hohen quality magnetischen Eigenschaften einschließlich: schmale ferromagnetische Resonanz (FMR) Linienbreite (1,5 g), hohe Curie-Temperatur (600 K) und scharfe magnetische Schalt ^5.

Magnetische Ordnung in V [TCNE] _{x ~ 2} dünne Filme geht über einen unkonventionellen Weg. SQUID-Magnetometrie Messungen zeigen starke lokale magnetische _Ordnung, aber das Fehlen von Röntgenbeugungsspitzen und strukturTransmissionsElektronenmikroskopie (TEM) ¹⁰ Morphologie zeigen einen Mangel an langfristigen strukturellen Ordnung. Allerdings verlängert Röntgenabsorptionsfeinstruktur (EXAFS) studiert ¹¹ zeigen, dass jedes Vanadiumionen oktaedrisch mit sechs verschiedenen TCNE Moleküle koordiniert, was auf eine robuste lokalen strukturellen Ordnung mit einem Vanadium-Stickstoff-Bindungslänge von 2.084 (5) Å. Magnetismus entsteht aus einem antiferromagnetischen Austauschkopplung zwischen den ungepaarten Spins der TCNE ^– Radikalanionen, die über die gesamte TCNE verteilt sind ^–Molekül und die Spins an den V ²⁺ -Ionen, was zu einem lokalen ferri Ordnung mit T _C ~ 600 K für optimierte Filme ^5. Neben den ausstellenden Raumtemperatur magnetische Ordnung, V [TCNE] _{x ~ 2} Filme werden mit 0,5 eV Bandlücke ¹² halbleitend. Andere Eigenschaften der Anmerkung schließen möglich sperimagnetism unterhalb einer Gefriertemperatur von ~ 150 K ^13,14, anomale positive Magneto ^12,15,16 und photoinduzierte Magnetismus ^13,17,18.

Das CVD-Verfahren zur Synthese von V [TCNE] _{x ~ 2} Dünnschichten mit einer Vielzahl von Substraten kompatibel aufgrund der niedrigen Temperatur (<60 ° C) und die konforme Abscheidung. Frühere Studien haben erfolgreiche Abscheidung von V [TCNE] _{x ~ 2} auf beiden starren und flexiblen Substraten ⁷ gezeigt. Ferner eignet sich diese Abscheidungstechnik, durch Modifikation der Ausgangsstoffe und Tuning growth Parameter. ^19-22 Während die hier gezeigten Protokoll liefert die meisten optimierten Filmen bis heute hat erhebliche Fortschritte bei der seit der Entdeckung dieser Methode verbessert einige der Filmeigenschaften gemacht und weitere Gewinne möglich.