拓扑材料中的平面霍尔效应

平面霍尔效应(planar Hall effect,PHE)是当前凝聚态输运中研究的热点之一.近年来,平面霍尔效应,尤其是拓扑材料中的平面霍尔效应,引起了人们的广泛关注和研究,并取得了很大的进展.不同于普通霍尔效应,平面霍尔效应中的横向电流、磁场和电场可以出现在同一平面,无法用洛伦兹力解释,其很大程度上依赖于磁电阻的各向异性.本文从理论和实验两个角度介绍拓扑材料中平面霍尔效应的研究进展,深入分析了导致线性和非线性平面霍尔效应的各种外禀和内禀机制,并讨论尚待解决的相关问题和未来的发展方向.

平面霍尔效应传感器的原理与研究进展

首先简要介绍了铁磁材料平面霍尔效应(PHE)的原理,然后介绍了基于平面霍尔效应的传感器的研究进展。其中包括传感器尺寸及形状的变化和材料的改进、制作工艺及流程。接着介绍了PHE传感器的几种典型结构,总结了温度、铁磁层薄膜厚度等对传感器灵敏度的影响。最后,讨论了目前存在的问题及发展前景。

退火对MgO/NiFe/MgO多层膜平面霍尔效应的影响

采用磁控溅射的方法制备了结构为Ta(5 nm)/Mg O(6 nm)/Ni Fe(t_(NiFe))/Mg O(4 nm)/Ta(3 nm)的磁性多层膜,Ni Fe的厚度t_(NiFe)从5 nm增加到100 nm,之后在真空退火炉中经过400℃,1 h的退火处理并且进行随炉冷却,整个过程中沿着薄膜易轴方向施加大约4378 A·m-1的磁场。采用四探针的方法来测量平面霍尔电压(PHE)和相对电阻变化率,通过X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)来分析多层膜退火前后的微结构变化。研究结果表明:对于制备态和退火态的Ta/Mg O/Ni Fe/Mg O/Ta纳米磁性多层膜结构,当t_(NiFe)<40 nm时,霍尔输出电压骤减,随着t_(NiFe)的继续增加,霍尔电压基本保持不变。然而,所有的制备态同一厚度的样品经过退火处理之后,霍尔电压都有一定程度的提高,当t_(NiFe)=5 nm时,平面霍尔输出电压增加最大。随着Ni Fe厚度的继续增加,退火处理所导致的输出电压的提高幅度逐渐减小,当t_(NiFe)=100 nm时,霍尔电压退火之后几乎保持不变。不同Ni Fe厚度的样品,霍尔电压经退火处理后之所以提高幅度不同,主要与两个因素有关,一是Mg O/Ni Fe异质界面会增强电子自旋相关散射提高PHE输出电压,二是Ni Fe层因分流也会导致PHE输出电压下降。

(Ga,Mn)As磁电输运性质的研究进展

综述了Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体(Ga,Mn)As磁电性质的研究进展,尤其是(Ga,Mn)As单层膜和多层膜结构的磁电输运性质的详细研究状况。关于(Ga,Mn)As的结构与物理性质的信息可由单层膜的反常霍尔效应、平面霍尔效应、电阻对温度的依赖关系与磁阻各向异性等磁电输运性质测量得到;而多层膜中观察到的自旋阀效应、自旋相关散射与层间交互耦合等现象,对加深稀磁半导体的基本物性认识、拓展稀磁半导体的实际应用空间非常重要。最后总结并展望了(Ga,Mn)As未来的发展趋势。

中国科大在新型拓扑材料外尔半导体研究中取得进展

在新型量子材料中,具有特殊能带结构的拓扑材料也兼具新奇电子输运特性。相关研究不仅可以加深对于拓扑物态的理解,更有望推动新型高性能电子学器件的发展。一个典型的代表是目前引起广泛关注的外尔半金属体系,其输运研究往往表现出超大非饱和磁阻、平行磁场下的负磁阻效应、平面霍尔效应等诸多特性,而表面外尔弧更是提供了高迁移率和低功耗的电子学通道。

自旋阀中的各向异性磁电阻效应

采用平面霍尔效应测量方法 ,对Ta(8nm) NiFe(7nm) Cu(2. 4nm) NiFe(4. 4nm) FeMn(14nm) Ta(6nm)自旋阀多层膜进行了研究 .结果表明 ,在样品中存在着自由层和被钉扎层之间的各向异性磁电阻的“混合”效应 .与通常所采用的磁电阻测量方法相结合 ,平面霍尔效应的测量可以给出自旋阀中各向异性磁电阻以及自由层和被钉扎层的磁矩随外场变化的更多信息 .

高精度三维霍尔探头的标定

介绍了在上海光源(SSRF)磁测实验室中,用可旋转标准电磁铁产生均匀磁场,进行霍尔探头的温度、非线性的标定以及平面霍尔效应的研究;解决了测量椭圆极化型波荡器时水平磁场与垂直磁场间相互影响的问题,提高了磁场测量的精度。

NiFe/FeMn双层膜的交换耦合

采用平面霍尔效应测量方法 ,对NiFe FeMn双层膜的交换耦合进行了研究 .结果表明 ,在NiFe FeMn体系中不存在spin_flop模型给出的单轴各向异性场 .