Химическое осаждение из органической Магнит, ванадия тетрацианоэтиленом

Органический основе полупроводниковых ферримагнитная ванадия тетрацианоэтилена (V [TCNE] _{х, х} ~ 2) проявляет при комнатной температуре магнитное упорядочение и обещает преимущества органических материалов для магнитоэлектронных приложений, таких как гибкость, низкой себестоимостью, и химической перестройки частоты. Предыдущие исследования показали, функциональность в устройствах спинтроники, в том числе гибридных органических / неорганических ^1,2 и все органические спиновых клапанов ^3, и в качестве спиновой поляризатора в качестве активного органического / неорганического полупроводниковой гетероструктуры ^4. Кроме того, V [TCNE] _{х ~ 2} показал обещание для включения в высоких частот электроники из-за его чрезвычайно узкой шириной линии ферромагнитного резонанса ^5.

Есть четыре различных методов, которые были созданы для синтеза V [TCNE] _{х ~ 2} ^6-9. В [TCNE] _{х ~ 2} был впервые синтезирован в powdeг в дихлорметане с помощью реакции TCNE и V (C ₆ H ₆₎ ^6. Эти порошки выставлены первый комнатной температуры магнитного упорядочения наблюдается в органическом основе материала. Тем не менее, порошок форма этого материала чрезвычайно чувствительный к воздействию воздуха, что ограничивает его применение в тонкопленочных устройств. В 2000 году химическое осаждение паров метод (ССЗ) был создан для создания V [TCNE] _{х ~ 2} тонких пленок ^7. Совсем недавно физическое осаждение из паровой фазы (PVD) ⁸ и отложение молекулярного слоя (MLD) ⁹ также были использованы для изготовления тонких пленок. Метод PVD требует сверхвысокого вакуума (СВВ) и систему как PVD и методы MLD требует чрезвычайно длительного времени, чтобы выращивать пленки толще, чем 100 нм, в то время как CVD пленки могут быть легко осаждается в толщиной от 30 нм до нескольких микрон. В дополнение к различной толщины, доступных с методом CVD, обширные исследования дали оптимизирован фильмы, которые последовательно показывают высокий Quality магнитные свойства, включая: узкая ферромагнитного резонанса (ФМР) ширины линии (1,5 г), высокой температуры Кюри (600 К), и резкое переключение магнитного ^5.

Магнитное упорядочение в V [TCNE] _{х ~ 2} тонких пленок происходит с помощью нетрадиционной маршрута. Измерения SQUID магнитометрии показать сильное местное магнитное _{упорядочение,} но отсутствие рентгеновских дифракционных пиков и черт просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) ¹⁰ Морфология выявить отсутствие дальнего структурного порядка. Тем не менее, расширен рентгеновского поглощения тонкой структуры (EXAFS) изучает ¹¹ показывают, что каждый ион ванадия в октаэдрической согласованный с шестью различными молекул TCNE, что указывает на устойчивую местного структурного порядка с длиной ванадий-азот облигаций 2,084 (5). Магнетизм возникает из антиферромагнитного обменного взаимодействия между неспаренными спинами TCNE ^– радикальные анионы, которые распространяются по всей TCNE ^–молекула, и спины на V ^2+, ведущие к местному ферримагнитного заказа с T _C ~ 600 К для оптимизации фильмов ^5. В дополнение к выставке комнатной температуры магнитного упорядочения, V [TCNE] _{х ~ 2} фильмы полупроводниковых 0,5 эВ запрещенной ^12. Другие свойства включают в себя ноты возможное sperimagnetism ниже температуры замерзания ~ 150 К ^13,14, аномальной положительной магнетосопротивления ^12,15,16 и фото-индуцированного магнетизма ^13,17,18.

Метод CVD синтеза V [TCNE] _{х ~ 2} тонких пленок совместим с различными субстратами из-за низкой температуры (<60 ° C) и конформного осаждения. Предыдущие исследования показали, успешное отложение V [TCNE] _{х ~ 2} на жестких и гибких подложках ^7. Кроме того, этот метод осаждения поддается тюнингу путем модификации предшественников и грowth параметры. ^19-22 В то время как протокол показано здесь дает наиболее оптимальные на сегодняшний день фильмы, значительный прогресс был достигнут в улучшении некоторых свойств пленки после открытия этого метода и дальнейшее повышение может оказаться невозможным.