FeNiPt三元有序合金薄膜反常霍尔效应研究
发布时间：2021-01-07 01:04
随着科技的发展,人们对于电子器件尺寸和功能的要求越来越高。反常霍尔效应（Anomalous Hall Effect,AHE）作为自旋电子学中的主要效应之一,是表征铁磁材料输运性能的一种重要方法。目前关于反常霍尔效应的研究大多集中在其本征机制（intrinsic contribution）、斜散射（skew scattering）和边跳散射（side-jump scattering）三种散射机制中。已有理论研究表明,反常霍尔效应与元素的费米面位置息息相关,也有研究指出,反常霍尔效应中杂质散射的贡献强烈依赖于薄膜有序度、薄膜厚度等物理因素。基于此,本论文的研究分为以下两个方向:1.选取不同组分的L10（FexNi1-x）0.5Pt0.5（0<x<1）有序合金薄膜,研究费米面位置对反常霍尔效应的调控机制。利用直流磁控溅射法制备L10 FexNii-xPt三元有序合金薄膜,所有样品均为fct结构,薄膜厚度为15±3 nm。利用ρxy=a’ρxx0+a"ρxxT+bρxx2公式对霍尔数据进行拟合分析。结果表明,随着Fe含量x的增大,Ni原子被Fe原子替代,费米面位置升高,费米面上的贝...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霍尔效应示意图[20]
?1954年，R.Karplus和J.M.Luttinger提出了Karplus-Luttinger理论[22]，在不考虑晶格内部声子和杂质散射的情况下，在理想晶格能带中运动的载流子存在一个反常速度，该反常速度与贝里曲率呈正相关关系，在外加电场时，自旋向上和自旋向下的电子占据数不相等，使得电子产生一个横向电流，从而产生内禀的反常霍尔效应[17]。该推论指出反常霍尔效应是自旋轨道耦合的必然结果，取决于材料本身的能带结构，因此将这种机制称为本征机制[4,23]。本征机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈二次方依赖关系(~2)，如图1-2为本征机制的过程示意图。图1-2本征机制过程示意图[24]Fig.1-2Theschematicdiagramofintrinsiccontribution[24](2)斜散射机制1955年J.Smit指出由于自旋轨道耦合作用的存在，使得电子在杂质附近发生不对称散射，导致其运动轨迹偏移了原本的方向，电子经多次散射后在导体两侧产生积聚，从而产生反常霍尔电压，并将这种机制称为斜散射机制[25,26]。斜散射机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈一次方依赖关系(~)，如图1-3所示为斜散射过程示意图。
西安理工大学硕士学位论文4图1-3斜散射过程示意图[24]Fig.1-3Theschematicdiagramofskewscattering[24](3)边跳机制1970年，L.Berger又提出了边跳散射机制[10]。由于自旋轨道耦合作用的影响，固定自旋方向的电子在运动过程中每受到一次散射后都会产生一个横向位移，而该方向上累积的电荷会导致反常霍尔电压的产生[27,28]。斜散射机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈二次方依赖关系(~2)，如图1-4所示为边跳散射过程示意图。图1-4边跳散射过程示意图[24]Fig.1-4Theschematicdiagramofside-jumpscattering[24]1.3L10FePt有序合金薄膜反常霍尔效应的研究在目前自旋电子学材料的研究领域中，L10FePt有序合金薄膜具有很高的垂直磁晶各向异性(Ku>107erg/cm3)而被认为是最具潜力的垂直磁记录材料，这一属性使得人们对L10FePt有序合金体系的反常霍尔效应进行了广泛研究。FePt合金薄膜是指Fe和Pt原子比为1:1时的合金薄膜，如图1-5为FePt合金的平衡相图，当Pt含量为25%左右时为L12相Fe3Pt有序合金，当Pt含量在50%附近时为L10相FePt有序合金，而在Pt含量为75%左右时形成的是L12相FePt3有序合金。从图中可以看出，三种合金中的原子比不同，导致从无序相转变到有序相的温度也不同，其中L10Fe50Pt50合金的相转变温度在1300℃左右。在室温下制得的FePt为无序面心立方结构(face-centeredcubic,fcc)，Fe原子和Pt原子占据晶格位点的概率相同，表现为软磁特性，称为无序FePt。经高温退火以后FePt从无序的面心立方结构转变为有序的面心四方结构(face-centeredtetragonal,fct)，表现为硬磁特性，称为L10有序FePt，在完全有序的FePt中，Fe原子和Pt原子以层状堆积依次占据(002)晶面上的格点，其结构示意图见图1-6。?
本文编号：2961590
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霍尔效应示意图[20]
?1954年，R.Karplus和J.M.Luttinger提出了Karplus-Luttinger理论[22]，在不考虑晶格内部声子和杂质散射的情况下，在理想晶格能带中运动的载流子存在一个反常速度，该反常速度与贝里曲率呈正相关关系，在外加电场时，自旋向上和自旋向下的电子占据数不相等，使得电子产生一个横向电流，从而产生内禀的反常霍尔效应[17]。该推论指出反常霍尔效应是自旋轨道耦合的必然结果，取决于材料本身的能带结构，因此将这种机制称为本征机制[4,23]。本征机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈二次方依赖关系(~2)，如图1-2为本征机制的过程示意图。图1-2本征机制过程示意图[24]Fig.1-2Theschematicdiagramofintrinsiccontribution[24](2)斜散射机制1955年J.Smit指出由于自旋轨道耦合作用的存在，使得电子在杂质附近发生不对称散射，导致其运动轨迹偏移了原本的方向，电子经多次散射后在导体两侧产生积聚，从而产生反常霍尔电压，并将这种机制称为斜散射机制[25,26]。斜散射机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈一次方依赖关系(~)，如图1-3所示为斜散射过程示意图。
西安理工大学硕士学位论文4图1-3斜散射过程示意图[24]Fig.1-3Theschematicdiagramofskewscattering[24](3)边跳机制1970年，L.Berger又提出了边跳散射机制[10]。由于自旋轨道耦合作用的影响，固定自旋方向的电子在运动过程中每受到一次散射后都会产生一个横向位移，而该方向上累积的电荷会导致反常霍尔电压的产生[27,28]。斜散射机制中的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间呈二次方依赖关系(~2)，如图1-4所示为边跳散射过程示意图。图1-4边跳散射过程示意图[24]Fig.1-4Theschematicdiagramofside-jumpscattering[24]1.3L10FePt有序合金薄膜反常霍尔效应的研究在目前自旋电子学材料的研究领域中，L10FePt有序合金薄膜具有很高的垂直磁晶各向异性(Ku>107erg/cm3)而被认为是最具潜力的垂直磁记录材料，这一属性使得人们对L10FePt有序合金体系的反常霍尔效应进行了广泛研究。FePt合金薄膜是指Fe和Pt原子比为1:1时的合金薄膜，如图1-5为FePt合金的平衡相图，当Pt含量为25%左右时为L12相Fe3Pt有序合金，当Pt含量在50%附近时为L10相FePt有序合金，而在Pt含量为75%左右时形成的是L12相FePt3有序合金。从图中可以看出，三种合金中的原子比不同，导致从无序相转变到有序相的温度也不同，其中L10Fe50Pt50合金的相转变温度在1300℃左右。在室温下制得的FePt为无序面心立方结构(face-centeredcubic,fcc)，Fe原子和Pt原子占据晶格位点的概率相同，表现为软磁特性，称为无序FePt。经高温退火以后FePt从无序的面心立方结构转变为有序的面心四方结构(face-centeredtetragonal,fct)，表现为硬磁特性，称为L10有序FePt，在完全有序的FePt中，Fe原子和Pt原子以层状堆积依次占据(002)晶面上的格点，其结构示意图见图1-6。?
本文编号：2961590
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