एक कार्बनिक चुंबक की रासायनिक वाष्प जमाव, Vanadium Tetracyanoethylene
Summary
हम जैविक आधारित ferrimagnet वनैडियम tetracyanoethylene के संश्लेषण के वर्तमान (v [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) कम तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के माध्यम से। यह अनुकूलित नुस्खा कश्मीर में 600 से अधिक करने के लिए 400 कश्मीर से क्यूरी तापमान में वृद्धि हुई है और चुंबकीय अनुनाद गुणों में एक नाटकीय सुधार पैदावार।
Abstract
जैविक सामग्री के क्षेत्र में हाल की प्रगति में इस तरह के कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड कम लागत और यांत्रिक लचीलापन सहित पारंपरिक सामग्री, में नहीं मिला लाभ है, जो (OLEDs) के रूप में उपकरणों प्राप्त हुए है। इसी तरह की एक नस में, यह उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स और स्पिन आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स में ऑर्गेनिक्स के उपयोग का विस्तार करने के लिए लाभप्रद होगा। इस काम के लिए कमरे के तापमान जैविक ferrimagnet की पतली फिल्मों के विकास के लिए एक कृत्रिम प्रक्रिया को प्रस्तुत करता है, वनैडियम tetracyanoethylene (वी [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) कम तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) से। पतली फिल्म <60 डिग्री सेल्सियस पर उगाया जाता है, और सहित substrates की एक विस्तृत विविधता को समायोजित कर सकते हैं, लेकिन सिलिकॉन, कांच, Teflon और लचीला substrates तक सीमित नहीं। conformal के बयान के रूप में अच्छी तरह से नमूनों से पहले और तीन आयामी संरचना के लिए अनुकूल है। इसके साथ ही इस तकनीक से 30 समुद्री मील दूर से कई माइक्रोन से लेकर मोटाई के साथ फिल्मों प्राप्ति कर सकते हैं। हाल की प्रगतिफिल्म विकास के अनुकूलन में जिसका इस तरह के उच्च क्यूरी तापमान (600 कश्मीर), सुधार चुंबकीय एकरूपता, और संकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद लाइन चौड़ाई spintronics और माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक्स में आवेदनों की एक किस्म के लिए (1.5 ग्राम) शो वादा के रूप में गुण, एक फिल्म बनाता है।
Introduction
जैविक आधारित ferrimagnetic अर्धचालक वनैडियम tetracyanoethylene (वी [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) प्रदर्श कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश और ऐसे लचीलापन, कम लागत के उत्पादन, और रासायनिक tunability के रूप में magnetoelectronic अनुप्रयोगों के लिए कार्बनिक पदार्थों के फायदे का वादा किया। पिछले अध्ययनों संकर 1,2 अकार्बनिक / जैविक और सभी जैविक स्पिन वाल्व 3 सहित spintronic उपकरणों, में कार्यक्षमता का प्रदर्शन किया है, और एक सक्रिय कार्बनिक / अकार्बनिक अर्धचालक heterostructure 4 में एक स्पिन polarizer के रूप में। इसके अलावा, वी [TCNE] एक्स ~ 2 की वजह से अपनी अत्यंत संकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद linewidth 5 करने के लिए उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में शामिल करने के लिए वादा प्रदर्शन किया है।
वी [TCNE] एक्स ~ 6-9 फ़रवरी synthesizing के लिए स्थापित किया गया है जो चार अलग अलग तरीके हैं। वी [TCNE] एक्स ~ 2 पहले powde के रूप में संश्लेषित किया गया थाTCNE और वी की प्रतिक्रिया के माध्यम से dichloromethane में आर (सी 6 एच 6) 6। ये पाउडर एक जैविक आधारित सामग्री में मनाया पहले कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश देने का प्रदर्शन किया। हालांकि, इस सामग्री का पाउडर के रूप पतली फिल्म उपकरणों में अपने आवेदन सीमित अत्यंत हवा के प्रति संवेदनशील है। 2000 में, एक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) विधि वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों 7 बनाने के लिए स्थापित किया गया था। अभी हाल ही में भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) 8 और आणविक परत बयान (एमएलडी) 9 भी पतली फिल्मों के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया गया है। पीवीडी विधि एक अति उच्च निर्वात (UHV) प्रणाली और दोनों पीवीडी की आवश्यकता है और सीवीडी फिल्मों को आसानी से 30 समुद्री मील दूर से कई माइक्रोन से लेकर thicknesses में जमा किया जा सकता है, जबकि एमएलडी तरीकों, फिल्मों से अधिक गहरा 100 एनएम विकसित करने के लिए बहुत लंबे समय की आवश्यकता होती। सीवीडी विधि के साथ उपलब्ध मोटाई की विविधता के अलावा, व्यापक अध्ययन लगातार उच्च क्यू बताते हैं कि फिल्मों अनुकूलित झुकेंगेसंकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद (FMR) linewidth (1.5 जी), उच्च क्यूरी तापमान (600 कश्मीर), और चुंबकीय तेज 5 स्विचन: सहित uality के चुंबकीय गुण।
वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों में चुंबकीय आदेश देने के एक अपरंपरागत मार्ग से होकर गुज़रता है। विद्रूप magnetometry माप मजबूत स्थानीय चुंबकीय आदेश देने दिखा, लेकिन एक्स-रे विवर्तन चोटियों के अभाव और कुरूप संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर) 10 आकृति विज्ञान लंबी दूरी की संरचनात्मक आदेश की कमी का पता चलता है। हालांकि, विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक-संरचना (EXAFS) प्रत्येक वनैडियम आयन octahedrally 2.084 (5) के एक वनैडियम-नाइट्रोजन बंधन लंबाई के साथ एक मजबूत स्थानीय संरचनात्मक आदेश का संकेत, छह अलग TCNE अणुओं के साथ समन्वित है कि 11 शो अध्ययन करता है। पूरे TCNE भर में वितरित कर रहे हैं, जो कट्टरपंथी anions, – चुंबकत्व TCNE की अयुगल spins के बीच एक antiferromagnetic विनिमय युग्मन से उठता है –अणु, और टी सी के साथ एक स्थानीय ferrimagnetic आदेश देने के लिए अग्रणी वी 2 + आयनों पर spins, ~ अनुकूलित फिल्मों 5 के लिए 600 कश्मीर। कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश देने के प्रदर्शन के अलावा, वी [TCNE] एक्स ~ 2 फिल्मों 0.5 eV के bandgap के 12 के साथ semiconducting कर रहे हैं। नोट के अन्य गुणों ~ 150 कश्मीर 13,14, विषम सकारात्मक magnetoresistance 12,15,16, और फोटो प्रेरित चुंबकत्व 13,17,18 के जमने के तापमान नीचे संभव sperimagnetism शामिल हैं।
वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों synthesizing के लिए सीवीडी विधि की वजह से कम तापमान (<60 डिग्री सेल्सियस) और conformal बयान करने के लिए substrates के एक किस्म के साथ संगत है। पिछले अध्ययनों दोनों कठोर और लचीला substrates पर 7 वी [TCNE] एक्स ~ 2 का सफल बयान से पता चला है। इसके अलावा, इस बयान तकनीक जीआर व्यापारियों और के संशोधन के माध्यम से ट्यूनिंग को उधार देता हैowth मापदंडों। 19-22 यहाँ दिखाया गया प्रोटोकॉल की तारीख में सबसे अनुकूलित फिल्मों पैदावार करते हैं, महत्वपूर्ण प्रगति इस विधि की खोज के बाद से फिल्म गुणों में से कुछ में सुधार लाने में किया गया है और आगे लाभ संभव हो सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
वी [TCNE] एक्स ~ 2 बयान के लिए मुख्य मापदंडों तापमान, वाहक गैस प्रवाह, दबाव, और व्यापारियों के अनुपात में शामिल हैं। रासायनिक वाष्प जमाव सेट अप व्यावसायिक तौर पर उपलब्ध नहीं है क्योंकि इन मानकों को हर …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम NSF अनुदान सं डीएमआर-1207243, NSF MRSEC कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था (डीएमआर-0,820,414), डो अनुदान सं डे-FG02-03ER46054, और सामग्री अनुसंधान के लिए OSU-संस्थान। लेखकों NanoSystems ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में प्रयोगशाला, और सीवाई काओ और सीवाई चेन से तकनीकी सहायता को स्वीकार करते हैं।
Materials
| 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 |
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