有機マグネットの化学気相堆積、バナジウムテトラ
Summary
我々は、低温化学蒸着（CVD）を介して有機系フェリ磁性体バナジウムテトラ（V [TCNE] X、X〜2）の合成を示します。この最適化されたレシピは、400 Kから600を超えるKのキュリー温度の上昇および磁気共鳴特性の劇的な改善をもたらします。
Abstract
有機材料の分野における最近の進歩は、低コストおよび機械的柔軟性を含む、従来の材料には見られない利点を有する有機発光ダイオード（OLED）などのデバイスをもたらしました。同様の趣旨では、高周波電子スピンベースの電子機器への有機物の使用を拡大することが有利であろう。この作業は、室温有機フェリ磁性体、低温化学蒸着（CVD）によるバナジウムテトラ（V [TCNE] X、X〜2）の薄膜の成長のための合成方法を提供します。薄膜は、<60℃で成長させ、そして、これらに限定されないが、シリコン、ガラス、テフロン（登録商標）とフレキシブル基板を含む多種多様な基材を収容することができます。コンフォーマル堆積は、同様に、パターン化されたプレ三次元構造を助長しています。さらに、この技術は、30ナノメートルから数ミクロンの範囲の厚さを有するフィルムを得ることができます。最近の進展膜成長の最適化において、そのような高いキュリー温度（600 K）、改善された磁気均質性、および狭い強磁性共鳴線幅スピントロニクス、電子レンジエレクトロニクスの種々の用途のため（1.5 G）有望としての資質、フィルムを作成します。
Introduction
有機系フェリ磁性半導体バナジウムテトラ（V [TCNE] X、X〜2）を室温磁気秩序を示し、このような柔軟性、低コスト生産、および化学的同調性などの磁気エレクトロニクス用途に有機材料の利点を約束します。以前の研究では、3 1,2 /無機ハイブリッド有機および全有機スピンバルブを含む、スピントロニクスデバイスで機能性を実証し、アクティブ有機/無機半導体ヘテロ4におけるスピン偏光子としています。また、V [TCNE]×〜2は、その非常に狭い強磁性共鳴線幅5に高周波電子機器に含めるための約束を示しました。
V [TCNE]×〜2 6-9を合成するために確立されている4つの方法があります。 V [TCNE]×〜2は、第一powdeように合成しましたTCNEとVとの反応を介して、ジクロロメタン中のR（C 6 H 6）6。これらの粉末は、有機系材料で観察された最初の室温磁気秩序を示しました。しかし、この材料の粉末形態は、薄膜デバイスへの応用を制限する、非常に空気に敏感です。 2000年に、化学蒸着（CVD）法をV [TCNE]×〜2薄膜7を作成するために設立されました。より最近では、物理蒸着（PVD）8及び分子層堆積（MLD）は、 図9は 、薄いフィルムを製造するために使用されてきました。 PVD法は、CVD膜は容易には30nmから数ミクロンの範囲の厚さで堆積させることができるのに対し、超高真空（UHV）システムと、PVDおよびMLDの両方の方法は、100ナノメートルよりも厚い膜を成長させるために非常に長い時間を必要とする必要があります。 CVD法で使用可能な様々な厚さに加えて、大規模な研究は、一貫して高いQを示して最適化されたフィルムが得られています狭い強磁性共鳴（FMR）線幅（1.5 G）、高いキュリー温度（600 K）、および磁気鋭い5を切り替える：含むuality磁気特性。
V [TCNE]×〜2薄膜における磁気秩序は、従来とは異なる経路を介して進行します。 SQUID磁気測定測定は、強力な局所磁気秩序を示すが、X線回折ピークが存在しないと特徴の透過型電子顕微鏡（TEM）10形態は、長距離の構造秩序の欠如を明らかにする。しかし、拡張X線吸収微細構造（EXAFS）は、各バナジウムイオンは八面体2.084（5）オングストロームのバナジウム-窒素結合長の堅牢な局所構造順序を示す、六つの異なるTCNE分子と配位している11ショーを研究しています。全体TCNEに分散しているラジカルアニオン、 –磁性がTCNEの不対スピン間に反強磁性交換結合から生じます–分子、およびV 2+イオンのスピン、T Cとローカルフェリ磁性秩序をもたらします 〜最適化されたフィルム5のために600 K。室温磁気秩序を示すことに加えて、V [TCNE]×〜2膜は0.5 eVのバンドギャップ12と半導体されています。ノートの他の特性は〜150 K 13,14、異常な正の磁気抵抗12,15,16、および光誘起磁性13,17,18の凍結温度以下で可能sperimagnetismが含まれます。
V [TCNE]×〜2薄膜を合成するためのCVD法は、低い温度（<60℃）、コンフォーマル堆積の様々な基材と互換性があります。以前の研究では、両方の剛性と可撓性基板7上にV [TCNE]×〜2の成功した付着を示しています。さらに、この蒸着技術は、前駆体およびグラムの改変によってチューニングに役立ちますowthパラメータ。19-22ここに示すプロトコルはこれまでで最も最適化されたフィルムが得られる一方で、重要な進歩は、この方法の発見以来、膜特性の一部を改良してなされたもので、さらなる利益が可能です。
Protocol
Representative Results
Discussion
V [TCNE]×〜2堆積のための重要なパラメータは、温度、キャリアガスの流量、圧力、前駆体の比を含みます。化学気相成長セットアップが市販されていないので、これらのパラメータは、各システムのために最適化される必要があります。島らによる以前の研究は 、温度がTCNE前駆体26の昇華速度に最大の影響を有することが明らかになりました。温度は、?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、NSF助成金番号DMR-1207243、NSF MRSECプログラム（DMR-0820414）、DOE助成金番号DE-FG02-03ER46054、および材料研究のためのOSU-研究所によってサポートされていました。著者らは、ナノシステムオハイオ州立大学の研究室、およびCY花王とCY陳からの技術支援を認めます。
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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