Al/Alq3缺陷态诱导的电荷与自旋俘获机制：p-Si/CoFe2O4/Alq3/Al有机自旋电子界面的高阻态调控

本文揭示了p-Si/CFO/Alq3/Al异质结中缺陷依赖的载流子与自旋输运机制。研究发现Al/Alq3界面缺陷态通过电荷俘获形成空间电荷区，导致高阻态；磁阻（MR）符号随磁场（H）扫描方向反转而改变，表明自旋弛豫过程从自旋翻转（0→H）转变为自旋相干输运（H→0）。该工作为单铁磁电极自旋器件设计提供了新思路。

　　

亮点

本研究通过缺陷工程实现了p-Si/CoFe₂O₄(CFO)/Alq₃/Al界面自旋-电荷协同调控。Al/Alq₃界面缺陷态如同"量子陷阱"，在正偏压下俘获来自CFO的载流子，形成可切换的高阻态。磁阻响应则像"自旋指南针"，其符号随磁场扫描方向反转而翻转，揭示了自旋弛豫过程从暴力型自旋翻转（0→H）到优雅的自旋相干输运（H→0）的转变。

实验细节

采用低温自燃反应法制备钴铁氧体(CFO)纳米颗粒，通过超声分散和旋涂技术在p-Si(100)基底上构建异质结。这种"分子乐高"式的组装工艺，确保了铁磁/有机半导体(FM/OSC)界面的精准控制。

结果与讨论

场发射枪扫描电镜(FEG-SEM)显示Al层呈现多晶颗粒结构，如同"纳米马赛克"。电学测试发现：当电压从负向正扫描时，电流持续上升犹如"电子登山"，而高压下的突然跌落则像触发了"量子陷阱开关"。更有趣的是，磁阻曲线在H→-H扫描时出现断崖式下跌，这被归因于缺陷态介导的自旋相干输运"高速公路"的关闭。

结论

这项研究不仅为单铁磁电极自旋器件提供了"缺陷即功能"的设计范式，更揭示了Alq₃分子层可以像"自旋交警"一样，通过界面缺陷调控电荷与自旋的交通流量。这种机制有望推动新型有机自旋存储器和传感器的开发。