Takeya Junichi 교수 및 기타 교수, 새로운 지역 창조 과학 대학원, 새로운 지역 창조 과학 대학원, 도쿄 대학 (ASIST, AIST, AIST, ADIC, ADIC, ADICTEND 산업 과학 기술 대학, AIST, AIST, Tokyo University, Tokyo 대학)의 개방형 혁신 연구원, 방문 연구원, 방문 연구원은 전자 스핀 공연 전자 전환 (Operando8799_89412/vs를 초과하는 몇몇 높은 이동성 바카라 커뮤니티 반도체가보고되었습니다 이러한 고유성 바카라 커뮤니티 반도체는 이전에 보지 못했던 무기 반도체의 것과 동일한 밴드 유사 전도도를 확인 하였다 그러나 저온에서 캐리어 거동 및 스핀 역학에는 알려지지 않은 측면이 많이있었습니다 이번에는,이 연구 그룹에 의해 개발 된 대 영역 단결정 박막에서, 장치 작동 하에서 고급 분광법 방법을 사용하여 고전성 바카라 커뮤니티 반도체의 스핀 이완 메커니즘을 먼저 명확하게 하였다 또한,이 연구는 바카라 커뮤니티 반도체의 전하 이동성이 포논으로 인한 캐리어 산란에 의해 제한되고, 바카라 커뮤니티 반도체의 분자 진동을 억제함으로써, 전하 이동성은 단일 결정 P- 형 실리콘의 전하 이동성과 비교할 수 있음을 밝혀냈다2/vs에 도달 할 수 있다는 것이 예견되었습니다
이 연구 결과는 British Scientific Journal Nature Physics의 7 월 31 일 판에 발표 될 것입니다
[배경]
바카라 커뮤니티 반도체는 기계적인 유연성을 가지고 있으며 바카라 커뮤니티 용매에 용해시켜 잉크를 생산하여 생산할 수 있기 때문에 쉽고 저렴한 장치를 허용하는 차세대 반도체 재료입니다 LCD 디스플레이 드라이브 회로 및 무선 태그의 논리 요소로 이미 실용화되고 있습니다 이 기존의 반도체 장치에서, 전자의 "전하"흐름은 스위치 작업을 켜고 끄는 데 사용됩니다 반면, 최근 몇 년 동안 전자의 "회전"을 사용한 장치의 개발도 주목을 끌고 있습니다 전자의 회전을 스핀이라고하며 회전 방향에 따라 업 스핀과 다운 스핀이라고합니다 스핀 장치는 스핀 회전 방향 정보를 사용하는 장치이므로 오랫동안 스핀 회전을 유지할 수있는 반도체 재료가 필요합니다 바카라 커뮤니티 반도체는 무기 반도체보다 훨씬 긴 스핀 이완 시간을 제공하므로 스핀 트로닉 재료가 될 것으로 예상됩니다
그러나, 열로 인해 진동하는 바카라 커뮤니티 반도체 분자의 복잡성으로 인해, 결정을 통해 전하가 어떻게 수행되는지와 스핀 정보가 손실되는 메커니즘에 대한 충분한 이해가 없었다 이 논문은 단결정 트랜지스터의 작동에서 현재 연구 그룹에서 개발 된 고전성 바카라 커뮤니티 반도체의 단결정을 소개합니다홀 효과 측정(주 4)를 ESR 측정과 결합하여 반도체가 자연스럽게 가지고있는 전하 및 스핀 역학의 전도 특성을 측정하는 데 성공했습니다 또한 캐리어 역학은 밴드 전도 캐리어에 의해 무기 반도체와 유사한 고 이동성 반도체로 설명 될 수 있으며 포논 산란으로 인한 스핀 이완이 있음이 밝혀졌다
[방법 및 결과]
(1) 고 이동성 단결정 바카라 커뮤니티 반도체의 홀 효과 측정 및
Operando- ESR 측정
이 연구 그룹에 의해 합성 된 새로운 높은 이동성 바카라 커뮤니티 반도체 C10-dnbdt-nw는 대상으로 사용되며 홀 효과 측정은 솔루션 방법에 의해 준비된 대 지역 단결정에서 수행됩니다Operando- 반도체의 원래 전하 및 스핀 역학은 ESR 측정을 사용하여 측정되었습니다
Hall Effect 측정을 통해 반도체를 통해 흐르는 전자가 외부 자기장으로부터 수신하는 Lorentz 힘을 평가할 수 있습니다 홀 효과 측정, C10-dnbdt-nw 전자는 결정을 지속적으로 전도하고 있으며, 이들은 무기 반도체와 같은 정도로 Lorentz 힘을받는 것으로 확인되었다 이는 각 분자에 국한된 전자가 분자 사이에서 간헐적으로 비행하는 전자의 전자식 저 이동성 반도체와의 주요 차이입니다 낮은 변형 반도체에서, 전자가 느끼는 Lorentz 힘은 전자가 오랫동안 분자에 머무르기 때문에 훨씬 작습니다
반면에,Operando- ESR은 바카라 커뮤니티 반도체가 트랜지스터로 구동되는 동안 전자 스핀 공명을 측정하는 방법입니다 (그림 1) 마이크로파 흡수에 의한 우프 스핀과 다운 스핀 상태 사이의 전이를 측정함으로써, 스핀 정보를 잃는 과정을 조사 할 수있다
이 연구에서, 홀 효과 측정 및 ESR 측정은 고전성 바카라 커뮤니티 반도체의 단결정에서 측정되었으며, 우리는 입자 경계 나 분자 방향 장애에 의해 영향을받지 않고 재료에 내재 된 전하 및 스핀의 역학을 측정하는 데 성공했습니다 용액 방법에 의해 성장한 대도시 단결정을 사용하여 필드 효과 트랜지스터를 제조 할 수 있으므로, 이제 처음으로 높은 감도를 갖는 단결정 장치의 ESR 측정을 수행 할 수 있으므로이 측정을 가능하게합니다
(2) 충전 및 스핀의 전도 및 이완 메커니즘에 대한 성공적으로 통일 된 이해
단결정 바카라 커뮤니티 반도체의 홀 효과 측정 결과로부터, 연속 전도 전자의 운동량 이완 시간을 정확하게 추정 할 수있다 운동량 이완 시간의 온도 의존성Operando- ESR 측정에 의해 얻어진 스핀 이완 시간의 온도 의존성 비교, 우리는 스핀 이완 시간이 모멘텀 이완 시간에 비례하고 전자의 운동 에너지의 제곱에 반비례한다는 것을 발견했다 (그림 2) 이것은 특정 운동 에너지로 전도되는 전자가 진동 분자에 의해 산란되어 스핀 정보의 손실을 초래한다는 것을 의미합니다Elliott-Yafet 메커니즘(주 5)는 (그림 3)을 나타냅니다 이 메커니즘은 무기 반도체 및 금속과 같은 단단한 재료에서 널리 알려져 있지만 바카라 커뮤니티 반도체에서 처음 확인되었습니다
(3) 바카라 커뮤니티 반도체의 고유 이동성 및 스핀 확산 길이
11725_120002/vs는 예측되었습니다 또한, 이동성 및 스핀 이완 시간으로부터 추정 된 스핀 확산 길이는 실온에서 860 nm에 도달했으며, 이는 고전성 바카라 커뮤니티 반도체가 전자 재료뿐만 아니라 우수한 스핀 전송 기능을 갖는 스핀 매체로서 매우 높은 잠재력을 가지고 있음을 시사한다
[미래의 전망]
이전에는 전자가 분자 사이에서 덜 자주 이동하기 때문에, 바카라 커뮤니티 반도체의 전하 이동성의 한계는 무기 반도체보다 작은 크기 이상의 이동성을 달성하는 것으로 생각되었다 결과는 바카라 커뮤니티 반도체의 전자가 결정 주위를 자유롭게 움직일 수있어 기존의 실리콘 기반 컴퓨팅 요소를 초과하는 성능을 달성 할 수 있음을 시사합니다 그리고 우리는 이것의 열쇠가 분자의 진동을 억제하는 것임을 배웠습니다 이는 바카라 커뮤니티 반도체 재료에서 미래에 분자 진동을 억제하는 설계로 패러다임 전환으로 이어질 것으로 예상된다 또한 바카라 커뮤니티 반도체는 미래에 실질적으로 사용될 것으로 예상되는 스핀 트로닉 재료로서 무기 반도체와 동등한 기능이 매우 높다는 것이 밝혀졌다 이 연구는 실험적으로 전자 및 스핀 트로닉 장치로서 바카라 커뮤니티 반도체의 높은 잠재력을 보여 주며 바카라 커뮤니티 반도체를 사용하여 차세대 컴퓨팅 장치를 개발하기위한 디딤돌 역할을 할 것입니다
잡지 이름 : "자연 물리학"(온라인 버전 : 7 월 31 일)
종이 제목 : 바카라 커뮤니티 단일 결정 반도체에서의 초대형 스핀 이완 시간 및 일관된 전하 수송의 공존
저자 : Junto Tsurumi, Hiroyuki Matsui, Takayoshi Kubo, Roger Häusermann, Chikahiko Mitsui, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe 및 Jun Takeya
doi 번호 : 101038/nphys4217