自旋电子学的新方向:有机自旋电子学和巨库伦阻塞磁阻

  • 国科大
  • 日期:2011-07-21
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自旋子学 (Spintronics),是利用新的方法,来操纵电自旋自由度的科学,是一种新。多数自旋电子学研究注重于巨磁阻(GMR, giant magnetoresistance)、隧穿磁阻(TMR, tunneling magnetoresistance)、及相关现象如交换耦合和自旋矩等问题。相比之下,对含有有机材料的结构中的自旋电子学现象的理解就比较欠缺、也更富有争议;同样富有争议的题目是TMR中的库仑阻塞效应,尤其是最近提出的巨库仑阻塞磁阻(CBMR, Coulomb blockade magnetoresistance) 。
同学更好地了解域的展,6月23日下午3:30 在中关村教学园区S301教室,“李政道座”美国橡岭国家实验米相材料科学中心的张晓光研究员同学做关于“自旋电子学的新方向:有机自旋电子学和巨库仑阻塞磁阻”的演。在讲座中,张晓光研究员首先从理论和实验两方面讨论在有机自旋阀中实现GMR效应的难点。以最近的一个具体实验为例,实验在LSMO/Alq3/Co结构的自旋阀中发现了300%的GMR效应,其中涉及到空间电荷效应、中间层针孔、以及载流子注入等问题。在讲座的第二部分,张晓光研究员详细讨论巨库仑阻塞磁阻的理论预测。十多年前就有理论预言库仑阻塞区间的共隧穿(cotunneling) 会导致TMR增强效应,其基本假定之一是阻塞电压与自旋无关。与旧理论不同,巨库仑阻塞磁阻利用了在磁性纳米颗粒的分布中具有的所谓集体库仑阻塞效应(collective Coulomb blockade)引起的与自旋相关的阻塞电压。CBMR的机制可以通过一个双磁性量子点系统中的简单的哈珀模型(Hubbard model)来说明。以点间隧穿电流为媒介的与自旋相关的量子点间耦合会强烈地影响库仑阻塞电压,因此阻塞电压可以用外加磁场通过量子点磁矩反转进行调节。相应的因阻塞电压随外加磁场的改变而造成的磁阻?R/R可达百分之几万。理论预测在范围很广的材料和结构中、特别是在有机自旋阀中,都可能发现CBMR。新的实验结果显示一个有机结构中很可能是因预测的CBMR效应造成的庞大的磁阻效应,达85,000% 。
张晓光,1983年通过李政道先生主持的CUSPEA计划赴美国西北大学学习并获物理学博士学位。1990-1991年在劳伦斯-伯克利实验室(Lawrence Berkeley Laboratory)、1991-1993年在肯塔基大学(University of Kentucky)、1993-1995年在橡树岭国家实验室分别从事博士后研究。1995年至今在橡树岭国家实验室的计算科学和数学部、以及纳米相材料科学中心任研究员、高级研究员。张晓光博士的研究兴趣主要是集中在基于第一性原理计算电子结构的输运理论,并把它应用到纳米、分子电子学、自旋电子学、电子能带结构理论、表面和界面问题、凝聚态现象、数值算法和并行计算。1998年因最佳超级计算机应用获Gordon Bell Prize;2000年因第一个万亿次科学计算的应用(teraflop scientific application)获Computer World Smithsonian Laureate。