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多晶和外延Fe_3O_4薄膜的霍尔效应研究

作　者: 张寅
导　师: 白海力
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Fe3O4薄膜 输运特性 反常霍尔效应 统一理论 边跳跃 Berry相
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


反常霍尔效应的发现已有近百年的历史,但其产生的原因至今仍未有定论。Fe3O4为磁性半金属材料,其导电机制为电子的跳跃传导,因此成为人们研究电子局域化对反常霍尔效应影响的重要内容。本论文用对向靶磁控溅射法制备了Fe3O4和Fe3?δO4薄膜,并对样品的结构、磁学性质和电输运特性进行了系统的研究。所有样品均具有反尖晶石结构。Fe3O4外延薄膜的σxAyHE在电阻率ρxx<4×105μ? cm时均符合统一理论的电导率标度。当ρxx>4×105μ? cm时,样品的电导率标度偏离了统一理论,这是由于电子边跳跃产生的反常霍尔电导率σASJHE抵消了Berry相所产生的反常霍尔电导率σABHerEry所造成的。不同取向的Fe3O4外延薄膜的AHE在SJ AHE较小时具有各向同性。晶粒尺寸较小的Fe3O4多晶薄膜的电导率标度相对统一理论略有偏离,这源于晶粒内部Fe3O4的能带结构受晶界附近的耗尽层影响较大。含有Fe单质的Fe3?δO4薄膜的σxAyHE不符合统一理论的电导率标度,且在Verwey转变温度附近发生了符号的改变,这是由于薄膜中Fe颗粒产生的σAFeHE与Fe3O4母体产生的Fe3O4σAHE符号相反,相互抵消所造成的。含γ?Fe2O3相的样品的σxAyHE在ρxx<4×105μ? cm时,符合统一理论的电导率标度,因为样品中的γ?Fe2O3相不产生AHE。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 前言  8-28
  1.1 研究背景  8-26
    1.1.1 霍尔效应  8-9
    1.1.2 反常霍尔效应的机制  9-21
      1.1.2.1 KL 理论  10-12
      1.1.2.2 斜散射机制(Skew scattering)  12-14
      1.1.2.3 边跳跃机制(Side jump)  14-15
      1.1.2.4 Berry 相理论  15-21
    1.1.3 特殊体系中的反常霍尔效应  21-23
      1.1.3.1 钙钛矿体系  21-22
      1.1.3.2 多层膜和多晶体系  22-23
      1.1.3.3 多体结构  23
    1.1.4 反常霍尔效应机制的检测  23-24
      1.1.4.1 洛伦兹率  23-24
      1.1.4.2 霍尔迁移率  24
    1.1.5 半金属 Fe_30_4  24-26
    1.1.6 Fe_30_4 的反常霍尔效应  26
  1.2 存在的问题  26-27
  1.3 本论文的主要工作  27-28
第二章 样品的制备、结构表征和物性测量  28-34
  2.1 Fe_30_4 薄膜的制备  28-30
    2.1.1 对向靶磁控溅射仪工作原理  28-29
    2.1.2 Fe_30_4 薄膜的制备过程  29-30
  2.2 Fe_30_4 薄膜的结构表征  30-33
    2.2.1 X 射线衍射仪(XRD)  30-31
    2.2.2 X 射线光电子能谱(XPS)  31-32
    2.2.3 台式探针台阶仪  32
    2.2.4 拉曼光谱  32
    2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)  32-33
  2.3 Fe_30_4 薄膜的物性测量  33-34
    2.3.1 物理性质测量系统(PPMS)  33-34
第三章 Fe_30_4 外延薄膜的霍尔效应  34-59
  3.1 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的结构与性质  34-50
    3.1.1 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的结构  35-36
    3.1.2 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的磁学性质  36-40
    3.1.3 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的电输运特性  40-50
  3.2 不同取向 Fe_30_4 外延薄膜的结构与性质  50-58
    3.2.1 不同取向 Fe_30_4 外延薄膜的结构  50
    3.2.2 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的磁学性质  50-52
    3.2.3 不同厚度 Fe_30_4 外延薄膜的电输运特性  52-58
  3.3 本章小结  58-59
第四章 Fe_30_4 多晶薄膜和 Fe_(3-δ)O_4 外延薄膜的霍尔效应  59-83
  4.1 Fe_30_4 多晶薄膜结构与性质  59-73
    4.1.1 Fe_30_4 多晶薄膜的微观结构  60-64
    4.1.2 Fe_30_4 多晶薄膜的磁学性质  64-66
    4.1.3 Fe_30_4 多晶薄膜的输运特性  66-73
  4.2 Fe_(3-δ)O_4 外延薄膜的结构与性质  73-82
    4.2.1 Fe3?δ04 外延薄膜的结构与成份  74-76
    4.2.2 Fe_(3-δ)O_4 外延薄膜的磁学性质  76-77
    4.2.3 Fe_(3-δ)O_4 外延薄膜的输运特性  77-82
  4.3 本章小结  82-83
第五章 结论  83-84
参考文献  84-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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