有序、无序FePt合金反常霍尔效应的研究.doc

目 录 摘 要 1 Abstract 3 第一章 绪论 5 1.1 霍尔效应的发现 5 1.2 反常霍尔效应的理论研究 7 1.2.1 本征机制——Karplus-Luttinger理论 7 1.2.2 斜散射机制（skew scattering）——Smit理论 8 1.2.3 边跳机制（side jump）——Berger理论 9 1.2.4 Berry曲率对反常霍尔效应的贡献 11 1.3 反常霍尔效应的实验研究进展 13 1.3.1一次方关系 13 1.3.2 二次方关系 14 1.3.3 一次方与二次方叠加的关系 16 1.3.4 一些特殊的实验现象 18 1.4 本论文的主要工作 21 参考文献 22 第二章 样品的制备与表征方法 25 2.1 样品的制备 25 2.1.1辉光放电原理 25 2.1.2 磁控溅射 26 2.2 样品的表征 29 2.2.1 X射线衍射（XRD） 29 2.2.2 X射线反射率（XRR） 30 2.2.3 薄膜磁性测量（VSM） 32 2.2.4 薄膜的成分分析（XPS） 33 2.2.5 样品形貌测量（AFM） 34 2.2.6 电阻的测量 35 参考文献 36 第三章 不同有序度FePt合金的反常霍尔效应 39 3.1 FePt合金介绍 39 3.2 样品的生长和测量 40 3.3 实验结果和分析 41 3.3.1 X射线图谱分析 41 3.3.2 样品的磁性分析 44 3.3.3 反常霍尔效应数据分析 45 3.3.4 实验中未能解决的问题 56 3.4 小结 61 参考文献 62 第四章 多层膜方式生长FePt合金的反常霍尔效应 67 4.1 样品生长和测量方法 67 4.2 结果和分析 67 4.2.1 X射线反射率和X射线衍射数据分析 67 4.2.2 样品的VSM数据分析 69 4.2.3 反常霍尔效应数据分析 70 4.3 小结 77 参考文献 78 第五章 不同厚度无序FePt的反常霍尔效应 81 5.1 样品的制备和表征 81 5.2 结果和分析 81 5.2.1 XRD图谱分析 81 5.2.2 样品的磁性分析 82 5.2.3 反常霍尔效应的数据分析 83 5.3 小结 91 参考文献 92 攻读博士学位期间发表的论文 93 致 谢 94 摘 要 自1881年Edwin Herbert Hall在铁磁性材料中观察到反常霍尔效应以来，为了明确其产生的机理，科学家们从理论和实验上进行了大量研究和探索，但至今仍未得到令人满意的结果。在理论上，大家提出了几种机制来解释反常霍尔效应，但到底是来自于那种机制如今仍然没有一个统一的定论。在实验上，人们观察到了很多不一样的结果，对于大量的实验数据也没有一个普适的理论来支持。虽然最近理论研究者们从动量空间贝利曲率的计算中对反常霍尔效应的本征机制有了新的研究进展，但是在相当长的一段时间里，对反常霍尔效应的研究还将会是一个探索的过程。 在本论文中，我们对FePt合金的反常霍尔效应进行了较为详细的研究，我们的工作主要分为以下三个部分： 1、我们利用Fe-Pt复合靶，通过加热生长并原位退火的方法，利用直流磁控溅射制备了一系列不同有序度的FePt合金。在磁滞回线测量中发现随着有序度的增加，FePt逐渐从无序结构转变为L10有序结构，并同时在薄膜内建立起强的垂直各向异性。在进行反常霍尔效应分析时，我们发现利用常规的方法对数据拟合并不能得到好的结果，考虑到在测量温度范围内样品的自发磁化强度有较大的变化，我们发现考虑磁化强度因温度效应引起的修正后，实验结果能很好的符合线性关系，其中下标“0”表示0 K，进一步研究发现代表非本征贡献的随着样品的有序度增加而减小，而在增加。最后通过分析我们得出，在这些样品中对反常霍尔效应起主要作用的是与散射无关的本征贡献。 2、我们利用多层膜生长并退火的方式制备了一批FePt合金，通过X射线衍射发现退火温度低于400 ℃时没有L10 FePt(001)特征峰，而只有FePt(200)衍射峰，结合磁滞回线的测量我们发现在400 ℃以下温度退火的样品的易磁化轴在平行于薄膜表面方向。同样经过考虑磁化强度温度效应引起的修正后，在进行反常霍尔效应的研究时我们发现随着退火温度的升高，样品的斜散射贡献在减小，而边跳和本征机制之和在高温退火的样品中趋于稳定。 3、在研究不同厚度的无序FePt的反常霍尔电导率时我们发现，非本征贡献的斜散射随着薄膜的厚度增加而减小，而与散射无关的贡献项却随薄膜的厚度基本不变，我们有可能得到了接近体材料中的反常霍尔数值，并认为，如果厚度继续增加，将会趋近于0。最后我们利用关系对实验结果进行分析时，发现随着薄膜厚度的增加，指数逐渐趋于2。 关键字：反常霍尔效应