有机半导体自旋阀结构中微观结构与磁输运的关联

我们研究了有机-无机杂化多层结中的磁输运。在这些器件中，有机半导体 (OSC) Alq$_3$（三(8-羟基喹啉)铝）在铁磁 (FM) Co 和 Fe 层之间形成间隔层。Alq$_3$ 层的厚度在 50-150 nm 范围内。在 4.2 K 下，在垂直于平面的电流几何结构中观察到正磁电阻 (MR)，并且这些效应持续到室温。通过 X 射线反射测量、俄歇电子能谱和极化中子反射测量 (PNR) 研究了器件的微观结构。薄膜显示出清晰的层状结构，在 Alq$_3$ 与周围 FM 层之间的界面处具有适度的平均化学粗糙度 (3-5 nm)。反射测量表明，较大的 MR 效应与较小的 FM/Alq$_3$ 界面宽度（包括化学和磁性）以及 Alq$_3$/Fe 界面处的磁性死层相关。PNR 数据还表明，沉积在 Alq$_3$ 顶部的 Co 层在低场下采用多畴磁结构，并且未获得完美的反平行状态。讨论了观察到的 MR 的起源，并将其归因于自旋相干输运。Alq$_3$ 中自旋扩散长度的下限在 80 K 下估计为 $43 \pm 5$ nm。然而，微观结构与磁输运之间的微妙关联表明界面效应在这些系统中的重要性。