Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы представляем синтез органического основе ферримагнетик ванадия тетрацианоэтилена (V [TCNE] х, х ~ 2) с помощью низкой температуры осаждения из газовой фазы (CVD). Эта оптимизированная рецепт дает увеличение температуры Кюри от 400 К до 600 К в течение и значительное улучшение в магнитных резонансных свойств.
Недавний прогресс в области органических материалов позволило создать устройство, таких как органических светоизлучающих диодов (OLED), которые имеют преимущества, которых нет в традиционных материалов, в том числе низкой стоимости и механической гибкостью. Аналогичным образом, было бы выгодно, чтобы расширить использование органических в высокочастотные электроники и спиновых основе электроники. Эта работа представляет собой синтетический процесс роста тонких пленок при комнатной температуре органического ферримагнетика, ванадий тетрацианоэтилена (V [TCNE] х, х ~ 2) низкой температуры осаждения паров химических (CVD). Тонкая пленка выращена в <60 ° C, и может вместить широкий спектр подложек, включая, но не ограничиваясь этим, кремний, стекло, тефлон и гибких подложках. Конформной осаждения способствует заранее рисунком и трехмерные структуры, а также. Кроме эта методика может давать пленок с толщиной от 30 нм до нескольких микрон. Недавний прогрессв оптимизации роста пленки создает фильм, качества которой, например, высокой температуре Кюри (600 К), улучшенной магнитной однородности и узкой линии ферромагнитного резонанса шириной (1,5 г) перспективны для различных применений в спинтронике и СВЧ-электроники.
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.
1. Синтез и подготовка исходных веществ
2. Установите Deposition системы внутри перчаточного ящика Аргон
Рисунок 1. () Полностью собранный на заказ химического осаждения из паровой фазы (CVD) системы. (Б) увеличенный вид компонентов для системы CVD. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. (А) вид сверху подложки в реакторе, показывающие их расположение. (В) ПриблизительныйТолщина пленки, как функцию положения внутри трубы реактора, часть А из рис 1B для осаждения 75 мин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Первый и самый простой способ для определения, если осаждение успешно это делать визуальный осмотр фильмов. Фильм должен появиться темно-фиолетовый с зеркальной полировкой, что является однородным по подложек. Если есть пятна на поверхности подложки, где нет V [TCNE] х ~ 2 или св?...
Основные параметры для V [TCNE] х ~ 2 осаждения включают в себя температуру, поток газа-носителя, давление, и соотношение прекурсоров. Из-за химического осаждения из паровой настройки не является коммерчески доступных эти параметры должны быть оптимизированы для каждой системы. ...
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Эта работа была поддержана NSF грант № DMR-1207243, программы NSF MRSEC (DMR-0820414), Министерство энергетики грант № DE-FG02-03ER46054 и ОГУ-институт исследования материалов. Авторы признают, лаборатория наносистем Университете штата Огайо, и техническую помощь от CY Kao и CY Чен.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Nitrogen Glovebox | Vacuum Atmospheres | Omni | steps done in nitrogen glovebox can also be done in an argon glovebox |
1 L three-neck round bottom flask | Corning | 4965A-1L | |
500 ml round bottom flask | Sigma Aldrich | 64678 | |
Turbo vacuum pumping station | Agilent Varian | G8701A-011-037 | |
Glass Stopcock | Kontes | 185000-2440 | |
Glass two way connecting tube | Corning | 8940-24 | Corning Pyrex(R) 105 degree Angled Tube Adapter with Two-Way 24/40 Standard Taper Joint |
Coldfinger | Custom part made by OSU chemistry glass shop | ||
Argon Glovebox | Vacuum Atmospheres | Nexus I | |
Hot plate stirrer | Corning | 6795 | |
Thermoeletric cooler | Advanced Thermoelectric | TCP-50 | |
Temperature controller | Advanced Thermoelectric | TLZ10 | for TE cooler |
Power supply | Advanced Thermoelectric | PS-145W-12V | for TE cooler and temperature controller |
Temperature controller | J-Kem Scientific | Model 150 | For heating coil |
Heating wire | Pelican Wire Company | Nichrome 60 | |
Custom glassware pieces | Made by OSU Chemistry glass shop | ||
Vacuum pump | BOC Edwards | XDS-5 | Connected to the CVD set-up |
Flow meter | Gilmont | GF-2260 | |
Micrometer valve | Gilmont | 7300 | Controls flow of argon over TCNE |
Micrometer valve | Gilmont | 7100 | Controls flow of argon over V(CO)6 |
Tubing | Tygon | R3603 | 1/8 in walls, connected between valves and meter |
3-way Stopcock | Nalgene | 6470 | used to adjust the flow rates |
Pressure gauge | Matheson | 63-4105 | connects to the top of Figure 1 part A |
SQUID magnetometer | Quantum Design | MPMS-XL | |
EPR | Bruker | Elexsys | |
PPMS | Quantum Design | 14T PPMS | |
Sourcemeter | Keithely | 2400 | |
Materials | |||
Sodium metal | Sigma Aldrich | 262714 | |
Anthracene | Sigma Aldrich | 141062 | |
Anhydrous tetrahydrofuran | Sigma Aldrich | 186562 | |
Vanadium(III) chloride tetrahydrofuran complex | Sigma Aldrich | 395382 | |
Carbon monoxide gas | OSU stores | 98610 | |
Tetraethylammonium bromide | Sigma Aldrich | 241059 | |
Phosphoric acid | Sigma Aldrich | 79622 | |
Methanol | Sigma Aldrich | 14262 | |
Silcone oil | Sigma Aldrich | 146153 | |
Copper pellets | Cut from spare copper wire | ||
Tetracyanoethylene | Sigma Aldrich | T8809 | |
Glass slides | Gold Seal | 3010 | |
Activated Charcoal | Sigma Aldrich | 242276 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены