Управление магнитным полем для тока, полученного при приложении напряжения к пленке сополимера полиариленэфиркетона (стр. 3 )

Проведенный синтез полиариленэферкетона, когда присутствуют смеси карбоната калия и натрия, показал, что можно получать полимеры заданной молекулярной массой и строения.

Рис.5:Взаимодействие бисфенолаА с 4,4- дифторбензофеноном [27]

При синтезе кристаллизирующихся полиариленэферкетонов или при использовании малоактивных мономеров, т. е. когда требуются повышенные температуры, то используют более высококипящие растворители.

2.5.Механизм переноса зарядов в полимерах

В данной момент времени известны три  модели транспорта зарядов [6]:

1) Модель прыжкового транспорта по центрам с гауссовым распределением энергетических уровней

2) Поляронная модель

3) Модель дипольных ловушек

Рассмотрим каждый метод по отдельности.

Теория модели прыжкового транспорта по центрам с гауссовым распределением энергетических уровней была развита Басслером и его сотрудниками [6]. Органическую матрицу представляет собой кубическую решетку с ребром а. У решетки в каждом узле расположен транспортный центр. Формула, описывающая соответствующую плотность состояний представляется в виде гауссового распределения:

(1)

Поляронной моделью можно ознакомиться в работах Шайна и его сотрудников. Они выдвинули предположение о том, что носителями тока в неупорядоченных органических матрицах являются поляроны малого радиуса. Полярон – это связанное состояние носителя заряда и колебательной моды, которые перемещаются в твердом теле как единое целое. В пределе слабого внешнего поля подвижность полярона может быть записана в следующем виде:

,

(2)

где, Р – вероятность перехода носителя заряда с узла на узел при совпадении уровней энергии на этих узлах,

щ – частота колебательной моды,

Еp – энергия связи полярона,

J – двухцентровый резонансный интеграл.

Функция Р для двух предельных случаев:

адиабатический режим (J – большая величина)

(3)

неадиабатический режим (J – малая величина)

(4)

Следующий метод: модель дипольных ловушек (транспортных центров). В основе этой модели лежит предположение о том, что величина подвижности устанавливается скоростью выхода носителя заряда из ловушки. Здесь транспорт случаетсяпутем перескоков носителей по системе относительно мелких ловушек, а скорость выхода носителей из транспортных центров определяет их концентрацию в подвижном состоянии. Для свободного диполя можно получить следующее выражение для подвижности в слабом поле:

(5)

А в сильном поле:

(6)

Любая из рассмотренных моделей имеет свои достоинства и недостатки. Например, поляронные модели не могут описать экспериментально наблюдаемую полевую зависимость подвижности. Модель дипольных ловушек, являясь моделью единой ловушки, не может быть применена для описания некоторых характеристик транспорта, таких как различные концентрационные зависимости и дисперсионные явления. Несмотря на это, при описании полевых и температурных зависимостей подвижности модель дипольных ловушек дает довольно хорошее согласие с экспериментом. Что касается модели прыжкового транспорта, он  позволяет наиболее корректно описать транспорт носителей заряда, поскольку дает возможность интегрированного описания всех его характеристик, в том числе, перехода от недисперсионного к дисперсионному транспорту с понижением температуры [6].

2.6. Явление огромного магнитосопротивления в системе ферромагнетик – полимер

До этого времени было известно, что в структуре ферромагнетик - полимер - немагнитный металл может возникнуть электронное переключение, вызванное внешним магнитным полем определенной величины [23]. Было показано, что  в  несопряженных полимерах с широкой запрещенной зоной, магнитное поле оказывает влияние на транспорт заряда.  Эффект гигантского магнитосопротивления (ГМС) в структуре металл - полимер - металл заключается в следующем: наблюдается резкое изменение сопротивления, когда магнитное поле доходит до определенной величины (рис.7). Сопротивление меняется на 6-8 порядков.

Рис.7: Зависимость тока протекающего через структуру металл-полимер-металл при различных значениях  магнитного поля [10]

Для различных образцов, у которых отличаются толщины полимерного слоя и условия приготовления,  величины магнитного поля могут составлять от 50 до 180 мТл. В одном экспериментальном образце можно наблюдать одновременно два вида ГМС:

1) с положительными

2) с отрицательными коэффициентами магнитосопротивления.

Вид ГМС зависит от того, в каком начальном попроводимости состоянии находился  полимер.

При большом начальном сопротивлении (R ~ 108Ом), наблюдается положительный эффект ГМС, при малом сопротивлении (R ~ 10 Ом), регистрируется отрицательный эффект ГМС. Для того чтобы задать начальное сопротивление достаточно малого одноосного давления, которое приложено перпендикулярно к плоскости структуры [2].

Рис.8: Зависимость величины тока, протекающего через образец от приложенного одноосного давления [12]

Инжекция носителей заряда–явление увеличения концентраций носителей заряда вполупроводникев результате того, что происходит перенос носителей током из областей с повышенной концентрацией, которая происходит  под действием внешнего электрического поля. Для того чтобы узнать влияние инжекционного механизма в ГМС, было исследовано влияние магнитного поля на транспорт носителей заряда.

Образец состоит из многослойной структуры вида магнетик - полимер­ная пленка - немагнитный металл. Магнетик был изготовлен из Ni, представляющий собой пластину. Он выступает как поляризатор спинов инжектированных электронов, потому что он проявляет свойство сильного зонного магнетика. А электрод был изготовлен при помощи метода напыления меди на поверхности полимерной пленки в вакууме. Магнитное поле приложено перпен­дикулярно плоскости структуры магнетик - полимер­ная пленка - немагнитный металл. Полимер был взят из класса полиариленфталидов. В таких полимерах обладают можно индуцировать фазовый переход типа диэлектрик – металл при воздействиина структуру электрическим полем или давлением [12]. Полимерная пленка была изготовлена методом центрифугирования. На рисунке 9можно увидетьтипичные вольтамперные характеристики (ВАХ) структуры Ni - полимер - Си. И рисунка можно сделать вывод что, при нулевом магнитном поле на­блюдается асимметричность в форме вольт – амперной характеристики. При увеличении магнитного поля асимметрия вольт - амперной характеристикименяет свой вид. При малых значениях тока в положительной стороне нет проводимости в структуре металл - полимерная пленка - металл  до достижения напряжения 1 В. Далее с увеличением напряжения  ток резко увеличиваться. Это можно наблюдать на рисунке 9.

Рис.9: ВАХ структуры Ni/полимер/Cu и влияние магнитного поля [10]

Можно заметить сильное влияние внешнего магнитного поляна перенос заряда в системе Ni - полимер - Си. При малых значениях поля внешнее поле приводит незначительному уменьшению проводимости системы. Уже при значениях порядка 150-200 мТл сопротивление структуры резко падает. При этом изменяется и форма ВАХ. На рисунке наблюдается три области (рис.9):

линейная область (малые напряжения)

2) почти вертикальный участок

3) линейный участок  (со значительно большим углом наклона)

Форма ВАХ в магнитном поле типична для переноса заряда с учас­тием инжекционного механизма. Из этого можно сделать вывод, что эффект гигантского магнитосопротивления, регистрируемый в данном случае, возможно имеет природу инжекционного гигантского магнитосопротивления [12].

Одной из причин, которые вызывают эффект огромного магнитосопротивления в структуре Ni/ПДФ/Cu могут быть явления, зависимость свойств инжекционного контакта Ni/ПДФ которых зависит от внешнего магнитного поля [10].Возникновение высокопроводящего металлического состояния в структурах металл/ПДФ/металл происходит вследствие формирования узкой электронной подзоны в середине запрещенной зоны полимера. Это происходит под влиянием какого-либо внешнего поля. В данной структуре на границе раздела  металл/полимер может возникнуть потенциальный барьер. Высота этого барьера определяется разницей между работой выхода металла и полимера.

Рис. 10: Зонная диаграмма контакта ферромагнетик/полимер [10]