鎳和鎵錳砷中的反?；魻栃?yīng).pdf

1、以2007年Albert Fert和Peter Grunberger獲得諾貝爾物理學(xué)獎金為標(biāo)志，自旋電子學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前物理學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。這個(gè)以凝聚態(tài)物理、納米材料、電子工程為基礎(chǔ)的新興交叉學(xué)科，包含了豐富深刻的基礎(chǔ)物理問題而且在納米電子學(xué)領(lǐng)域具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。其中，自旋相關(guān)輸運(yùn)特性的機(jī)制長期以來成為研究的熱點(diǎn)。在攻讀博士期間，我主要研究了一個(gè)典型的自旋相關(guān)輸運(yùn)現(xiàn)象—磁性體系中的反常霍爾效應(yīng)。主要從實(shí)驗(yàn)上確定了Ni中的內(nèi)稟、外

2、稟反?；魻栃?yīng)，研究了GaMnAs磁性半導(dǎo)體中低電導(dǎo)區(qū)域的反?；魻枠?biāo)度規(guī)律，以及制作了基于Au的自旋霍爾效應(yīng)納米器件:
　　1.反?；魻栃?yīng)長期以來都是凝聚態(tài)物理中一個(gè)棘手的問題。這是由于它表現(xiàn)出各式各樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，內(nèi)稟、外稟起源的難以區(qū)分，以及取決于復(fù)雜的能帶結(jié)構(gòu)。我們在納米尺度厚度下研究了Ni的外延薄膜，在從5K到330K的各個(gè)溫度下成功辨別出起主要貢獻(xiàn)的內(nèi)稟效應(yīng)。以霍爾電導(dǎo)率的形式進(jìn)行表述的內(nèi)稟反常霍爾電導(dǎo)率表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)臏囟?/p>

3、依賴，這將幫助解釋一個(gè)該領(lǐng)域熟知的困難:第一性原理計(jì)算的反?；魻栯妼?dǎo)率的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值有很大出入。我們同時(shí)還得到了彈性散射引起的Skew Scattering對反常霍爾效應(yīng)的貢獻(xiàn)，并且發(fā)現(xiàn)Side Jump機(jī)制幾乎不起貢獻(xiàn)。確定材料中這些機(jī)制以及它們溫度依賴特性的實(shí)驗(yàn)方法不僅能夠加深我們對自旋相關(guān)霍爾效應(yīng)的理解，而且為進(jìn)一步在室溫條件下設(shè)計(jì)自旋電子學(xué)器件鋪平了道路。
　　2.通過在GaMnAs中逐步建立最佳退火條件，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在

4、無序低電導(dǎo)區(qū)域嚴(yán)格檢驗(yàn)反?；魻栃?yīng)冪律標(biāo)度的理想退火窗口，在該窗口內(nèi)增加的退火強(qiáng)度將提高樣品的電導(dǎo)率而并不改變其自發(fā)磁化強(qiáng)度M。在該窗口內(nèi)能夠保持材料的內(nèi)稟屬性以及自旋極化度，而這對于得到真實(shí)的反?；魻栃?yīng)冪律標(biāo)度關(guān)系是至關(guān)重要的。測量結(jié)果表明反?；魻栯妼?dǎo)率是一個(gè)不依賴于縱向電導(dǎo)率的常數(shù)。這清楚地說明即使屬于無序的低電導(dǎo)鐵磁體，GaMnAs中反常霍爾效應(yīng)的行為更類似于Fe、Co等均勻有序磁性金屬，而并不類似于同樣具有低電導(dǎo)率的復(fù)雜磁性化

5、合物。我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)反?；魻栯妼?dǎo)率和磁化強(qiáng)度之間存在線性關(guān)聯(lián)，這將有助于理解通常觀察到的非整數(shù)冪律標(biāo)度。最后我們還分析了內(nèi)稟、外稟貢獻(xiàn)的大小，所得到的內(nèi)稟反?；魻栯妼?dǎo)率和理論估計(jì)值相符合。
　　3.最近在Au的納米器件中發(fā)現(xiàn)了巨自旋霍爾效應(yīng)，可能成為自旋電子學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。而自旋霍爾效應(yīng)和反?；魻栃?yīng)起源于同樣的微觀物理機(jī)制，分別在非磁和磁性體系中體現(xiàn)出來。因此基于對反?；魻栃?yīng)機(jī)理的研究，我們能夠從實(shí)驗(yàn)上確定巨自旋霍爾效應(yīng)