Chemical Vapor Deposition di un magnete biologico, Vanadium Tetracyanoethylene

Il semiconduttore ferrimagnetic vanadio tetracyanoethylene base organica (V [TCNE] _x, x ~ 2) presenta temperatura ambiente ordinamento magnetico e promette i vantaggi dei materiali organici per applicazioni magnetoelectronic, quali la flessibilità, la produzione a basso costo, e tunability chimica. Studi precedenti hanno dimostrato la funzionalità in dispositivi spintronic, incluse le valvole di spin organico / inorganico ^1,2 e all-ibridi organici ^3, e come un polarizzatore rotazione in un attivo organico / inorganico eterostruttura ⁴ semiconduttore. Inoltre, V [TCNE] _{x ~ 2} ha dimostrato promessa per l'inclusione in elettronica ad alta frequenza a causa della sua estrema stretta risonanza ferromagnetica linewidth ^5.

Ci sono quattro diversi metodi che sono stati stabiliti per la sintesi di V [TCNE] _{x ~ 2} ^6-9. V [TCNE] _{x ~ 2} fu sintetizzato come powder in diclorometano via reazione di TCNE e V (C ₆ H ₆₎ ^6. Queste polveri esposte primo ordine magnetico temperatura ambiente osservata in un materiale a base organica. Tuttavia, la polvere di questo materiale è estremamente sensibile all'aria, limitando la sua applicazione in dispositivi a film sottile. Nel 2000, una deposizione di vapore chimico metodo (CVD) è stato istituito per la creazione di V [TCNE] _{x ~ 2} film sottili ^7. Più di recente la deposizione fisica di vapore (PVD) ⁸ e molecolare strato di deposizione (MLD) ⁹ sono stati utilizzati anche per fabbricare film sottili. Il metodo PVD richiede un sistema di ultra alto vuoto (UHV) ed entrambi PVD e metodi MLD richiede tempi estremamente lunghi di crescere film spessa di 100 nm, mentre le pellicole CVD possono facilmente essere depositati in spessori da 30 nm a diversi micron. Oltre alla varietà di spessori disponibili con il metodo CVD, ampi studi hanno prodotto film che mostrano costantemente alta q ottimizzatoualità proprietà magnetiche, tra cui: stretta risonanza ferromagnetico (FMR) linewidth (1,5 G), ad alta temperatura di Curie (600 K), e tagliente magnetico di commutazione ^5.

Ordinamento magnetico in V [TCNE] _{x ~ 2} film sottili procede attraverso un percorso non convenzionale. Misurazioni magnetometria SQUID mostrano forte ordinazione magnetica _locale, ma l'assenza di picchi di diffrazione di raggi X e featureless microscopia elettronica a trasmissione (TEM) ¹⁰ morfologia rivelano una mancanza di lungo raggio ordine strutturale. Tuttavia, l'assorbimento di raggi X esteso di struttura fine (EXAFS) studia ¹¹ mostrano che ogni ione vanadio è octahedrally coordinata con sei differenti molecole TCNE, indicando un ordine strutturale locale, robusto, con una lunghezza di legame vanadio azoto 2.084 (5) Å. Magnetismo nasce da un accoppiamento scambio antiferromagnetico tra gli spin spaiati della TCNE ^– anioni radicali, che sono distribuiti in tutto il TCNE ^–molecola, e le rotazioni sui V ²⁺ ioni, portando ad un ordinamento ferromagnetico locale con T _C ~ 600 K per i film ottimizzati ^5. Oltre ad esporre temperatura ambiente ordinamento magnetico, V [TCNE] _{x ~ 2} film sono semiconduttore con 0,5 eV bandgap ^12. Altre proprietà di nota sono possibili sperimagnetism sotto di una temperatura di congelamento ~ 150 K ^13,14, anomalo magnetoresistenza positiva ^12,15,16, e foto-indotta magnetismo ^13,17,18.

Il metodo per la sintesi di CVD V [TCNE] _{x ~ 2} pellicole sottili è compatibile con una vasta gamma di substrati a causa della bassa temperatura (<60 ° C) e conforme deposizione. Studi precedenti hanno dimostrato con successo la deposizione di V [TCNE] _{x ~ 2} su supporti rigidi e flessibili ^7. Inoltre, questa tecnica di deposizione si presta al tuning mediante una modifica di precursori e grparametri owth. ^19-22 Mentre il protocollo indicato qui produce i film più ottimizzati fino ad oggi, sono stati compiuti progressi significativi nel migliorare alcune delle proprietà del film dopo la scoperta di questo metodo e ulteriori guadagni può essere possibile.