자석의 유기 화학 기상 증착, 바나듐 테트라시
Summary
우리는 유기계 페리 자성체 바나듐 테트라시의 합성을 제시 (V [TCNE] X, X 1 ~ 2), 저온 화학 기상 증착 (CVD)을 통한. 이 최적화 된 조리법은 K 600 400 K에서 퀴리 온도의 증가와 자기 공명 특성의 극적인 향상을 얻을 수 있습니다.
Abstract
유기 재료의 분야에서 최근의 진보는 이러한 유기 발광 다이오드 저가 및 기계적 유연성 포함한 전통적인 재료에는없는 이점이있다 (유기 발광 다이오드)와 같은 장치를 수득 하였다. 유사한 맥락에서, 고주파 전자, 스핀 전자 기반으로 유기물의 사용을 확장하는 것이 유리하다. 이 작업은 실온 유기 페리 자성체의 박막의 성장을위한 합성 과정을 제시 바나듐 테트라시 (V [TCNE] X, X 1 ~ 2), 저온 화학 기상 증착 (CVD)에 의해. 박막 <60 ° C에서 성장되고, 포함한 다양한 종류의 기판을 수용 할 수 있지만, 실리콘, 유리, 테플론 기판과 플렉시블 기판에 한정되지 않음. 등각 증착뿐만 아니라 무늬가 미리 입체적인 구조에 유리하다. 또한이 기술은 30 nm 내지 수 마이크론 범위의 두께를 가진 필름을 수득 할 수있다. 최근 진행막 성장의 최적화에 그와 같은 높은 퀴리 온도 (600 K), 개선 된 자기 동질성, 좁은 강자성 공명 라인 폭 스핀 트로닉스와 전자 레인지 전자의 다양한 애플리케이션 (1.5 G) 쇼 약속 등의 자질, 영화를 만듭니다.
Introduction
유기계 페리 자성 반도체 바나듐 테트라시 (V [TCNE] X, X ~ 2)을 나타낸다 실온 자기 정렬과 같은 유연성, 저비용 생산 및 화학 가변성 등 magnetoelectronic 애플리케이션에 유기 재료의 장점을 약속한다. 이전의 연구 하이브리드 1,2 무기 / 유기 및 모든 유기 스핀 밸브 (3)를 포함하는 스핀 트로닉스 장치의 기능을 시연하고있다 활성 유기 / 무기 반도체 헤테로 4 스핀 편광판 등. 또한, V [TCNE] × ~ 2 인해 매우 좁은 강자성 공명 선폭 5 고주파 전자 제품에 포함 약속을 보여 주었다.
V [TCNE] × 2 ~ 6-9 합성 설립 된 네 가지 방법이 있습니다. V [TCNE] × 2 ~ 먼저 powde으로 합성 하였다TCNE 및 V의 반응을 통해 디클로로 메탄 R (C 6 H 6) 6. 이러한 분말은 유기 계 재료에서 관찰 제 실온 자기 정렬을 나타냈다. 그러나,이 재료의 분말 형태는 박막 소자에서 그 적용을 제한하는 매우 공기에 민감하다. 2000 년에, 화학 기상 증착 (CVD) 방법은 V [TCNE] × 2 ~ 7의 박막 생성을위한 설립되었다. 보다 최근에 물리적 기상 증착 (PVD) (8)과는 분자 층 증착 (MLD) 9는 박막을 제조하는데 사용되어왔다. PVD 방법은 초고 진공 (UHV) 시스템 모두 PVD 필요하며 CVD 막이 용이 30 nm 내지 수 마이크론 범위의 두께로 증착 될 수있는 반면 MLD 방법은, 필름을 두껍게 100nm보다 성장이 매우 긴 시간을 필요로한다. CVD 법으로 가능한 두께의 다양한 외에도 광범위한 연구가 지속적으로 높은 Q를 보여주는 필름을 최적화 한 관해서도좁은 강자성 공명 (FMR) 선폭 (1.5 G), 높은 퀴리 온도 (600 K), 자기 날카로운 5 전환 : 포함를 uality 자기 적 성질.
V [TCNE] × ~ 2 박막의 자기 순서가 틀에 얽매이지 않는 경로를 통해 진행된다. SQUID magnetometry 측정 강한 지역 자기 순서를 표시하지만, X 선 회절 피크의 부재 특색과 투과 전자 현미경 (TEM) (10)의 형태는 장거리 질서 구조의 부족을 드러낸다. 그러나, 확장 된 X 선 흡수 미세 구조 (EXAFS)은 각각 바나듐 이온 팔면체 2.084 (5)의 바나듐 – 질소 결합 길이 강력한 로컬 구조 순서를 나타내는, 여섯 가지 TCNE 분자와 배위도 11 연구. 전체 TCNE 분산되어 라디칼 음이온, – 자기는 TCNE의 짝 스핀 사이의 반 강자성 교환 결합에서 발생 –분자와 T C와 로컬 페리 자성 순서로 이어지는 V 2+ 이온에 스핀, ~에 최적화 영화 5 600 (K). 실온 자기 순서를 나타내는 외에, V는 [TCNE] X ~ 2 필름은 0.5 eV의 밴드 갭 (12)과 반도체된다. 노트의 또 다른 특성은 ~ 150 K 13, 14, 변칙 긍정적 인 자기 12,15,16, 및 사진에 의한 자기 13,17,18의 동결 온도 이하 수 sperimagnetism을 포함한다.
V [TCNE] X ~ 2 박막을 합성하기위한 CVD 법에 의한 낮은 온도 (<60 ° C)와 등각 증착 각종 기판과 호환된다. 이전의 연구는 모두 단단하고 유연한 기판 (7)에 V [TCNE] × ~ 2 성공적으로 증착을 보여 주었다. 또한,이 증착 기술은 GR 전구체의 변형을 통해 조정라는 것으로owth 파라미터. 19-22 여기 도시 프로토콜은 현재까지 가장 최적화 된 필름을 얻을 수는 있지만, 상당한 진전이 방법의 발견 이후 막 특성들을 개선하여 이루어진 것으로, 더욱 이익이 가능할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
V [TCNE] X ~ 2 증착을위한 주요 파라미터는 온도, 캐리어 가스 유량, 압력 및 전구체의 비율을 포함한다. 화학 증착 셋업 시판 아니기 때문에 이들 파라미터는 각각의 시스템에 대해 최적화 될 필요가있을 것이다. 시마 등의 알에 의해 이전의 연구. 온도가 TCNE 전구체 (26)의 승화 속도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 온도가 온도 조절 장치와 같은 각 시…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NSF 그랜트 번호 DMR-1207243, NSF MRSEC 프로그램에 의해 지원되었다 (DMR-0820414), DOE 부여 번호 DE-FG02-03ER46054, 및 재료 연구를위한 OSU-연구소. 저자는 나노 시스템 오하이오 주립 대학의 연구소 및 CY 카오와 CY 첸에서 기술 지원을 인정합니다.
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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