反常霍尔效应.pptx

反常霍尔效应
一、反常霍尔效应(AHE)
1、1常规霍尔效应
1、2反常霍尔效应(AHE)
1、3AHE得特征
1、4AHE得应用
二、反常霍尔效应得理论研究
2、1Karplus和Luttinger本征机制
2、2Smit得skewscattering理论
2、3Berger得sidejump机制
2、4贝里相位在AHE中得体现
三、AHE实验得研究和进展
3、1pxy∽pxx2
3、2pxy∽pxx
3、3一次方项和二次方项得混合
3、4指数在变化
四、近期在ε-Fe3N纳米晶体薄膜中发现较强得常规霍尔效应(2009年《物理评论》得一篇文章)

1、1常规霍尔效应(ordinaryHalleffect)1、2反常霍尔效应图1霍尔电阻率ρxy与磁场大小得关系曲线示意图
图1给出了横向霍尔电阻率ρxy与磁场大小B得关系曲线。ρxy先随B迅速线性增加,经过一个拐点后线性缓慢增加,直至饱和、显然,这不能简单用磁场得洛伦兹力来解释、因而,通常人们称这种现象为反常霍尔效应(anomalousHalleffect)、

1、3反常霍尔效应得特征

(1)通常Rs大于R0至少一个量级以上
(2)强烈地依赖于温度
(3)在铁磁性金属中,即使没有外加磁场B,仅有x方向得电场E时,也会出现横向霍尔电压VH

现在看来,AHE就是一种对称破缺得现象,这一点上铁磁材料和非磁材料有很大区别:铁磁材料在没有外加磁场时就有自发时间反演不对称。所以其机理上不一样就是正常得,完全一样倒就是有些奇怪。1、4反常霍尔效应得应用
二、反常霍尔效应得理论研究2、1Karplus和Luttinger本征机制大家学习辛苦了，还是要坚持2、2Smit得skewscattering理论2、3Berger得sidejump机制
1972年,Berger提出了另一个非本征得机制,同样就是由于散射中自旋轨道耦合得影响,特定自旋得载流子在经历与杂质散射后其质心位置向某个特定得方向偏移了一点(sidejump)。其示意图如下:

2、4贝里相位在AHE中得体现AHE实验得研究者主要关注与pxy和pxx之间得函数关系。但就是不同元素得结论并不一致。
人们讨论实验数据得思路大体上可以分为四类:
(1)pxy∽pxx2
(2)pxy∽pxx
(3)一次方项和二次方项得混合
(4)指数在变化

3、1pxy∽pxx23、2pxy∽pxx(skewscattering得表现)3、3一次方项和二次方项得混合3、4指数在变化文献介绍了不同颗粒尺寸和结构缺陷得ε-Fe3N纳米晶体薄膜样品得结构、磁学和电学特性。
选择材料ε-Fe3N得原因:
1、近年来对氮化铁材料性质得研究很丰富,但就是其反常霍尔效应得研究却少之甚少。
2、当颗粒大小在10-300纳米之间时,在10-300K得温度范围内,ε-Fe3N纳米晶体薄膜得饱和磁化强度基本保持稳定、这样由ρxy=R0B+4πRsMs知,ρxys(饱和)将依赖于Rs得变化
3、在不同得膜厚和温度下,ε-Fe3N纳米晶体薄膜得电导率将有较小得变化(150-250μΩcm)样品制备方法:实验者制作了两种ε-Fe3N纳米晶体薄膜
S1:基底温度300oC,颗粒尺寸10nm
S2:基底温度25oC,颗粒尺寸6、5nm
用X射线光电子能谱仪(XPS)分析薄膜成分;
用表面分析仪测得样品薄膜厚度为200nm;
用MPMS测得样品得磁学性质;
用TEM(电子投射显微镜)观测其微观结构
用传统得四探针法测薄膜样品得电阻,五探针法用于霍尔测量。
FIG1就是TEM得明视场图样和S1、S2得衍射电子选区。
图中显示了两样品得衍射环。
可以看到S1、S2都就是由纳米晶体颗粒组成。
S1得颗粒直径为10nm,而S2颗粒直径约为6、5nm、。与标准衍射图样对比可知,两样品得主要成分都就是ε-Fe3N。但就是一些衍射光环与γ-Fe2O3一致。这就是由于在用胶固定样品(120oC,30min)或者研磨样品时,样品被部分氧化造成得。如FIG3所示,实验测得:
1、S1得饱和磁化强度为1013emu/cc(和已知Fe3N薄膜理论值一致)
2、但就是,S2得饱和磁化强度比S1得值小很多(约为791emu/cc)解释:由于S2中存在较多得颗粒边界和非磁性物质,颗粒边界得无序旋转对磁性有较大影响,使其饱和磁化强度较小,而矫顽力较大(Fe3O4和NiFe2O4中也有类似规律)

如FIG4所示:
1、在5-300K之间,ρxx基本不随温度变化(有2%-5%得波动范围)
3、相反,S2得ρxx随温度降低而升高,这和许多非晶材料相似,(有相同颗粒尺寸和非晶形得Fe3N薄膜与其有类似得温度负系数)而非晶材料得ρ与T之间得经验公式为:

上图中系数A=0、999,B=0、013,Δ=126、432,
这与T