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。這個以凝聚態(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)輸運特性的機制長期以來成為研究的熱點。在攻讀博士期間，我主要研究了一個典型的自旋相關(guān)輸運現(xiàn)象—磁性體系中的反?；魻栃?yīng)。主要從實驗上確定了Ni中的內(nèi)稟、外

2、稟反常霍爾效應(yīng)，研究了GaMnAs磁性半導(dǎo)體中低電導(dǎo)區(qū)域的反?；魻枠硕纫?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)物理中一個棘手的問題。這是由于它表現(xiàn)出各式各樣的實驗現(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的各個溫度下成功辨別出起主要貢獻的內(nèi)稟效應(yīng)。以霍爾電導(dǎo)率的形式進行表述的內(nèi)稟反常霍爾電導(dǎo)率表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)臏囟?/p>

3、依賴，這將幫助解釋一個該領(lǐng)域熟知的困難:第一性原理計算的反?；魻栯妼?dǎo)率的結(jié)果和實驗值有很大出入。我們同時還得到了彈性散射引起的Skew Scattering對反?；魻栃?yīng)的貢獻，并且發(fā)現(xiàn)Side Jump機制幾乎不起貢獻。確定材料中這些機制以及它們溫度依賴特性的實驗方法不僅能夠加深我們對自旋相關(guān)霍爾效應(yīng)的理解，而且為進一步在室溫條件下設(shè)計自旋電子學(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)了一個在

4、無序低電導(dǎo)區(qū)域嚴格檢驗反?；魻栃?yīng)冪律標度的理想退火窗口，在該窗口內(nèi)增加的退火強度將提高樣品的電導(dǎo)率而并不改變其自發(fā)磁化強度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，而這對于得到真實的反?；魻栃?yīng)冪律標度關(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?；魻栃?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。我們進一步發(fā)現(xiàn)反?；魻栯妼?dǎo)率和磁化強度之間存在線性關(guān)聯(lián)，這將有助于理解通常觀察到的非整數(shù)冪律標度。最后我們還分析了內(nèi)稟、外稟貢獻的大小，所得到的內(nèi)稟反?；魻栯妼?dǎo)率和理論估計值相符合。
　　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制，分別在非磁和磁性體系中體現(xiàn)出來。因此基于對反常霍爾效應(yīng)機理的研究，我們能夠從實驗上確定巨自旋霍爾效應(yīng)