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铁磁材料的反常霍尔效应虽然已经被发现了一百多年,其产生机制仍然没有很好的解释。由于铁磁材料中的反常霍尔效应与磁学和电学的密切联系,对其机理的研究将具有深刻的理论和实际意义。
一直以来对铁磁材料反常霍尔效应的解释有两种观点:内禀无散射机制和外禀散射机制。Luttinger最早提出了铁磁材料反常霍尔效应是由于自旋轨道耦合作用产生的内禀机制起源。随后,Smit和Berger分别提出了斜散射和边跳跃机制,认为铁磁材料的反常霍尔效应是由于杂质散射引起的,即外禀机制。然而由于杂质因素的影响很难建立一个与实际情况相符的模型,所以外禀机制由于一直未能实现对铁磁材料反常霍尔现象的定量分析而受到人们的质疑。近年来,Je等人将Berry相位引入到铁磁材料反常霍尔效应的讨论中,获得了和实验比较一致的结果,认为铁磁材料反常霍尔效应是由Berry相位效应产生的内禀机制起源。然而由于Berry相位是对费米面的形状、位置非常敏感的量,如何与材料的实际情况相对应,需要更多的实验验证。
本论文系统研究了不同厚度镍薄膜的反常霍尔效应和相关的磁学性质。结论主要有以下几个方面。
1.在排除了其它可能的影响因素后,发现镍膜的霍尔电导在整个研究范围内从来就不是一个常数。霍尔电导随纵向电阻率的增加而减小,在所测范围,变化了将近一个量级。这个结果是内禀机制不能解释的。
2.发现微分霍尔电阻率接近饱和场时的反常峰。有趣的是,微分磁阻表现出类似的行为。由于磁阻是和散射直接相关的现象,这种相似行为,支持铁磁材料的反常霍尔效应是与散射有关的图像。
3.通过研究平行和垂直膜面的磁化率随温度不同的响应,从实验中区分出了畴壁移动和磁畴转动对磁化率的贡献。同时还在超薄膜中发现温度变化引起的自旋方向再构现象
在实验中,我们发现样品质量的好坏,性能的稳定以及样品接触电阻等膜生长技术和测量技术的提高,将会有助于这一问题的进一步研究和总结。