[科普中国]-自旋电子注入效率

自旋电子注入效率是指自旋电子注入半导体的效率。自旋注入是实现自旋电子器件最基本的条件，较强的电场能够提高自旋注入效率，同时可以通过调节自旋相关的界面电阻来提高T型有机自旋器件的自旋注入效率。

定义自旋电子注入效率是指自旋电子注入半导体的效率。

自旋注入自旋注入是实现自旋电子器件最基本的条件，随着自旋电子学在磁性和非磁性金属上的巨大成功，自旋注入半导体材料越来越受到人们关注。磁性材料俘导体界面的自旋注入是最基本的半导体自旋注入结构。作为自旋极化源的磁性材料有铁磁金属、磁性半导体和稀磁半导体三种。磁性半导体有较高的自旋注入效率，但是磁性半导体（如硫化铕）的生长极其困难，因此研究就集中在从稀磁半导体和铁磁金属向非磁半导体内的注入。稀磁半导体的铁磁转变温度远低于室温，虽然理论预测某些材料的铁磁转变温度可以高于室温，但是在开发出可以在室温下应用的稀磁半导体之前，铁磁金属/半导体的接触仍然是实现从自旋注入、操纵到检测全部电学控制的最有希望的方法。

自旋注入效率的电学探测自旋极化场效应管运行的基本要求是从铁磁金属到半导体必须有较高的自旋注入效率。然而，由于半导体的电导率远小于铁磁体，所以实验上很难实现从铁磁到半导体的高自旋注入效率。尽管许多学者提出，铁磁和半导体中电导率的匹配问题可以通过在它们中间增加一个绝缘层势垒来改善，但其自旋注入效率与从磁性半导体到半导体中的自旋注入效率相比还是非常低的，尽管如此，势垒的引入在介观物理中仍然有很重要的应用。从磁性半导体到半导体的自旋注入效率可以达到90%，然而过低的温度要求又限制了它在室温条件下的应用。

为了探测从铁磁FM（ferromagnet）到半导体SM（semiconductor）的自旋注入效率，可以通过增加另一个铁磁体来形成一个铁磁伴导体献磁(FM /SM /FM)的双结，通过直接测量此双结的磁阻效应，从而得到从铁磁（FM）到半导体（SM）节的自旋注入效率理论分析发现其隧道磁阻TMR（tunnelling magnetoreresistance）和自旋注入效率SIE（spin injection efficiency）之间有个普适关系：隧道磁阻是自旋注入效率的平亢这种平方关系在顺序隧穿区和散射区都成立，除非双结间半导体层厚度很长导致自旋翻转效应的发生或中间的半导体层厚度小于其相位相干长度而导致磁阻中出现量子相干效应。1

T型有机器件自旋注入效率窦兆涛等2考虑有机半导体中特殊的载流子电荷自旋关系，建立了一个自旋注入有机半导体的简单的T型器件模型，运用自旋扩散理论计算得出了此模型的电流自旋极化率并与铁磁/有机半导体异质结构的注入效率进行了比较。

自旋扩散长度标志着自旋注入强度的大小，它易受外界条件的影响，如温度、外场以及外界压力等。电场影响T型结构各分支中电流密度，进而影响此器件的电流自旋极化性质。我们只考虑电场对自旋扩散长度的影响，间接得到了电场对自旋极化电流的影响，并得出了关系式。通过计算发现，较强的电场能够提高自旋注入效率，但不利于T型结构对自旋极化的放大。

通过计算发现可以通过调节自旋相关的界面电阻来提高T型有机自旋器件的自旋注入效率。界面电阻是能够通过隧穿势垒获得的。有机半导体能够在层结构上自组织生长规则的单层膜，而且能够用来制作规则的自旋相关的隧穿势垒。由于有机半导体具有自调节功能，可以形成一个比较小的界面电阻，同时人们可以调节界面电阻的自旋相关性，所以在T型器件中实现高效率的有机自旋注入是非常值得期待的。2

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学