[发明专利]一种复合分子材料及其薄膜结构

说明书

技术领域

本发明内容涉及电子材料学科领域，描述了两个相同分子结构，不同物理特性的复合结构，以其薄膜结构，实现在电场作用下，常温下发生庞磁电阻效应的技术和方法。

背景技术

20世纪50年代人类就已经发现了锰氧基化合物的庞磁电阻(colossal magnetoresistance，CMR)效应。1989年相继发现磁性多层膜电阻(giant magnetoresistance，GMR)效应。

虽然较前发现了锰氧基反铁磁(antiferromagnetism，AFM)化合物体系中的本征CMR效应，但是由于应用条件苛刻，如：需要居里温度点在极低的温度下(10-60K)和很强外部磁场，这种环境条件限制了CMR应用的实用化。

进入90年代，GMR的发现使人们重新注意到CMR，因为CMR的磁电阻效应(磁电阻变化率在106％以上)比GMR大的多，此时，开始用新的观点，如：纳米量子，纳米隧穿和自旋电子理论等观点重新认识CMR现象。并且，从两个方面寻求突破，1、努力找到更多的室温下AFM结构的材料；2、寻找其他(包括电场)方法去控制AFM。

20世纪90年代，科学家开始致力研究低场驱动的磁电阻MR效应(low field magnetoresistance，LFMR)，由于LFMR主要源于隧道磁电阻效应(tunneling magentoresisitance，TMR)，因此在应用上得到重视。TMR的本质依然是研究锰氧化物结构，利用多晶锰氧化物材料的晶界作用所表现出的非本征特征，得到了有趣的结果，例如：Hwang和Gupta等人的实验表明：锰氧化物的LFMR效应肯定与自旋极化的传导电子如何通过晶体有关，并且认为锰氧化物的导电性受控于Zener的双交换作用的观点得到多数人的肯定。LFMR研究最大特点是应用纳米量子，纳米隧穿和自旋电子等新的观点模拟出类锰氧化物基本结构，可以在室温条件下通过电场去调制磁场，进而控制自旋电子的导入、导出、以及锁定。LFMR研究还提出SrFeMoO₆的双钙钛矿结构概念，并且发现同类锰氧化物单晶和多晶的样品中，实验数据表明多晶明显好于单晶，证明了锰氧基化合物晶界作用的重要性。

相对锰氧化物材料，以铜氧化物为代表的超导材料研究从上个世纪初就开始了，1914年Kameerlingn-Onnes当时发现了在一个确定的临界温度范围内，当加入一确定的临界外部磁场强度时，一些材料呈现出零电阻现象。随后的研究陆续发现了超导体临界电流特性，抗磁特性等。值得注意的是1960-1962年期间的研究成果，发现两个不同超导材料之间存在隧道层结(厚度为准分子一级纳米水平)，电子可以穿过这层薄膜，穿透率与薄膜面积成正比，并与薄膜厚度成反比，在不超过临界电流的情况下，遵守欧姆定律。某种意义上，多晶态下的超导体材料可以看成是多个超导颗粒等效电路的相互串并联。与锰氧化物材料应用情况相同，目前所开发出的以YBCO(Y-Ba-Cu-O)为代表的上千种超导材料一般均是在低温150K以下开展应用，使用超导性能的材料需要附加低温设备去保证其工作环境。

必须提及的是，上个世纪80年代，同时发展起来的还有尺寸在1-100nm纳米级别的材料和制备技术。特别是准分子级化合物纳米组装技术，如模板合成技术，使得可以获得极小尺寸的功能结构，这为以后大规模集成开关电路、超导材料和生物材料的应用提供了可能实现的工具。

还要值得注意的是，自1893年Alfred WernerA提出并发展至今的现代配位化学理论与不断发展的价键理论、晶体场理论和分子轨道理论相结合，强调配位化合物中心原子与配位体之间结构以及配位关系。分子组装(或分子自组织)就是根据配位化学理论成为目前公认有效的比纳米更加精密的分子级技术。根据配位化学理论，过渡金属(化合物)与各种有机不饱和分子可形成金属配位化合物，特别是多齿螯合配位可以使两种以上金属元素形成金属螯合物，在一定的PH值和稳定的溶液内按照内在的配位信息，有序，舒畅和可纠错的络(螯)合交联。