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氮化鐵薄膜中反常霍爾效應.pdf

更新時間:2023-10-20 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

通過磁控濺射方式制備了氮濃度不同的滲碳鐵薄膜,觀察到隨著氮濃度的降低,薄膜的導電機制從金屬到半導體的轉變。霍爾阻值的檢測表明在高內阻區域反常霍爾內阻率與橫向內阻率的標度律為線性,即反?;魻栃?/strong>遵守斜散射機制,但相應的反?;魻枬岫嚷逝c橫向濁度率的關系不總是線性。關鍵詞斜散射中圖分類號:O484.3文獻標示碼:ADOIj.issn.1005-023X.2015.08.004AnomalousHallEffectofIronNitrideThinFilmsCAOZhihuiRENShanling1,23InstituteofMaterialsScienceandEngineeringAbstractIronnitridethinfilmswithdifferentnitrogencontentwerefabricatedusingmagnetronsputtering.Withtheincreasingofnitrogencontentatransitionoftransportmechanismofthefilmfrommetallictohoppingcon-ductionwasobserved.HallresistancemeasurementsshowedthatthescalinglawbetweenanomalousHallresistivityandlongitudinalresistivitywaslinearinthedirtyregimebutthecorrespondingrelationshipbetweenanomalousHallconductivityandlongitudinalconductivitywasnotalwayslinear.Keywordsmagnetronsputteringmethod國家自然科學基金(51172110曹志慧:女,1988年生,碩士生,主要從事磁性薄膜的制備和物性研究E-mail1025413793@qq.com任山令:通信作者,男,1974年生,博士,講師,碩士生導師,主要從事磁性薄膜的電子輸運特點和磁性研究E-mail序言早在1881年,霍爾(Hall)首次發覺了鐵磁性材料中的反?;魻栃?/strong>。O8N物理好資源網(原物理ok網)

反常霍爾內阻率定義為:xy=R0是自發磁化硬度,R0為常規霍爾系Rs為反?;魻栂禂?,方程左邊的第一項描述了常規霍爾效應,第二項描述了反常霍爾效應。常規霍爾效應可以由磁場作用于運動電荷的洛倫茲力來解釋,而反常霍爾效應是一種基于載流子軌道耦合的輸運現象。目前認為有3種機制可以解釋反?;魻栃?/strong>反?;魻栃?/strong>,其中兩種涉及外在機制,即斜散射Skewscattering)理論和邊跳機制(Sidejump[1,2],反?;魻杻茸杪剩ɑ魻枬岫嚷师遥┡c橫向內阻率xx(濁度率σxxσxyσxxσxy~constBerrycurvature)決定了霍爾濁度率,僅和材料的能帶結構相關,其標度律關系同樣遵守式(近來的實驗和理論表明在高內阻區域的標度律關系還存在不一致的觀點。S.Onoda在近來的報導中提出基于少量參雜的多能帶鐵磁性金屬的統一理論,并強調反?;魻栃?/strong>可以按照濁度率分為3個區域且滿足不同的標度律關系,覺得在高內阻區域(σxx<10。最近,Y.M.Lu等提出在纖薄多晶FePt薄膜中觀察到在二維弱和強定位區域高阻態反?;魻栃?/strong>的標度指數為σxyxx,覺得電子弱局域化對標度指數起著重要作用。因而本工作選用滲碳鐵薄膜系統研究其反常霍爾效應,滲碳鐵薄膜可通過調節氮濃度來改變薄膜的內阻,便于得到不同阻態的橫向內阻與反?;魻杻茸璨ζ錁硕嚷蛇M行研究。O8N物理好資源網(原物理ok網)

霍爾效應器_霍爾效應值_反?;魻栃?/><span style="display:none">O8N物理好資源網(原物理ok網)</span></p>
<p>實驗本實驗采用射頻磁控濺射系統在玻璃基片上沉積Fe-N系化合物薄膜,Fe靶的含量為99.99%。濺射前,基片經超聲清洗,真空室基礎浮力為0.810-6Pa。濺射過程中,以純乙炔作為濺射二氧化碳,純氫氣作為反應二氧化碳,氮氣與氧氣混和二氧化碳中的流量比從201到204,濺射浮力為2Pa,濺射材料導報B:研究篇功率為100W,在不同氮濃度條件下制備了4個樣品。通過X射線衍射儀檢測薄膜的X射線衍射譜(XRD);磁性檢測采用超導電子干涉儀(SQUID);薄膜長度檢測采用臺階儀;內阻和霍爾內阻采用化學性質檢測系統(PPMS)。在-4~4T磁場下進行霍爾內阻檢測,氣溫變化范圍為5~300K結果剖析2.1Fe-N薄膜的XRD剖析實驗制備的4個薄膜樣品長度均為300nm。不同氮流量時制備出的滲碳鐵薄膜的XRD衍射譜如圖1所示,4的XRD圖,且氮濃度依次降低。通過與標準的衍射圖譜進行對比可剖析薄膜的組分,隨著氮濃度的降低,薄膜結構發生了明顯的變化。樣品1薄膜中出現了α-Fe2個衍射峰,表明此時樣品為α-Fe和γ-Fe4N2個物相。樣品2薄膜中不僅200)衍射峰外,還得到了γ-Fe4N101)衍射峰,所以此時沉積得到的樣ε-Fe3N和γ-Fe4N2個物相。<span style="display:none">O8N物理好資源網(原物理ok網)</span></p>
<p>樣品3薄膜的相與樣品2相同,但ε-Fe3N200)的硬度減小。樣品4薄膜中出現了ε-Fe3N射峰,此時沉積得到的樣品為ε-Fe3N三相。這表明隨著氮濃度的降低,薄膜的結構和組分均發生了變化。)的XRD圖Fig.1XRDpatternsofsample12.2電子輸運特點歸一化內阻Rxx300K)與氣溫的關系如圖2所示(插圖是樣品1歸一化內阻與氣溫ln)的關系)。隨著氮濃度的降低,樣品內阻率(xx)從305cm,表明氮濃度對內阻率有較大的影響,可作為一個可控參數改變樣品的內阻率。樣品12在5~300K整個氣溫范圍內,其導電機制為金屬特點(dRxxdT>0)。隨著氮濃度的降低,在樣品34中Rxx表現出了半導體特點(dRxx)。圖2的插圖表明樣品1內阻在高溫區出現了最小值,對數擬合表明在高溫區內阻與氣溫的關系為Rxx這與電子弱局域化效應有關[7-9],反映了薄膜結構的無序度較高。在金屬絕緣體轉變區域,影響內阻與氣溫關系有多個誘因,電子磁振子散射和邊跳機制都可能存在,因而機制較為復雜。其阻值體溫的關系可以敘述為:CexpT0分別是界面散射、聲子散射、磁子散射和跳躍內阻的貢獻。在精典的內阻理論中,ph定義為:在低溫時n=1,在高溫時n=5。<span style="display:none">O8N物理好資源網(原物理ok網)</span></p>
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