基于有机半导体的有机自旋电子器件近年来引起人们广泛关注和研究兴趣。最近，强磁场科学中中心的研究人员采用新型半导体材料，实现了高性能的有机自旋阀器件，相关研究成果发表在Nature出版集团旗下的《科学报道》（Scientific Reports）上。

　　有机半导体材料通常由碳、氢、氧等轻元素构成，其自旋-轨道耦合和超精细相互作用很弱，因而自旋极化可以保持较长的时间（自旋弛豫时间一般在微秒至毫秒间），从而可成为很有前途的自旋极化传输介质。此前人们大多采用非晶态有机材料作为自旋传输介质，薄膜结构的高度无序性导致其载流子迁移率很低，有机自旋阀器件中自旋扩散长度通常只在10-50nm左右，且随温度的升高而急剧降低，这直接导致器件的室温磁电阻性能非常低。

　　强磁场的张发培研究员课题组在国际上首次采用半导体聚合物P(NDI2OD-T2)作为自旋传输介质。该材料是具有高电子迁移率和近程结构有序度的半晶态聚合物，其分子间p共轭平面的堆积采取独特的face-on方式，因而有利于自旋阀等Sandwich型器件中的电荷传输。研究人员通过低成本的溶液旋涂方法制备了高质量、无“针孔”的自旋阀器件，并研究磁电极与聚合物间的界面结构对器件性能的影响。发现在Co电极和聚合物间引入1.5nm的AlO_x缓冲层，可有效地减弱界面反应，显著提高电极表面的自旋极化率。通过对聚合物层/磁电极(Co和La_0.7Sr_0.3MnO₃)界面的调制和优化，实现了极其高的巨磁电阻(GMR)效应，室温下GMR达6.8%，为目前性能最高的有机自旋阀器件之一。

　　此外研究人员还证实了该器件的自旋输运过程是通过自旋极化电子在界面处的注入和随后在有机层LUMO能级间跳跃运动进行的。特别是通过分析磁电阻随温度和有机层厚度的变化，发现该材料具有很大的、温度依存性弱的自旋扩散长度(43-60 nm)，是理想的自旋极化传输介质。

　　P(NDI2OD-T2)是典型的高性能“施主-受主”型聚合物半导体，该工作将激发人们探索类似材料在自旋电子学上的应用，因此为寻找优异的有机自旋电子材料和发展高性能OSV器件提供了新途径和重要线索。

　　　文章链接: http://www.nature.com/srep/2015/150323/srep09355/full/srep09355.html。

　　图(a) 聚合物自旋阀器件(LSMO/35-nm P(NDI2OD-T2)/AlOx/Co/Al)在不同温度下的磁电阻曲线；(b) 不同P(NDI2OD-T2)层厚的自旋阀GMR值随温度的变化；(c) 聚合物/磁电极界面优化后（其中LSMO底电极在1050oC退火）自旋阀器件的GMR曲线；(d) P(NDI2OD-T2)中间层中自旋扩散长度ls随温度的变化。利用Jullire关系拟合图(b) 中的MR数值，得到不同温度的ls值。