反常霍尔效应

摘要： 范德瓦耳斯层状铁磁材料不但为基础磁学的前沿研究提供了重要的平台,同时在下一代自旋电子器件中展示了广阔的应用前景.本文利用化学气相传输方法生长了高质量的、具有本征铁磁性的Ta_(3)FeS_(6)块材单晶.通过机械剥离法得到厚度19—100 nm的Ta_(3)FeS_(6)薄层样品,并发现相应的居里温度在176—133 K之间.低温反常霍尔测量表明Ta_(3)FeS_(6)样品具有面外的铁磁性,其矫顽场在1.5 K可达到7.6 T,这是迄今为止在范德瓦耳斯铁磁薄膜材料中报道的最大数值.此外,在变温过程中,还观察到磁滞回线极性的翻转.相比于通常的范德瓦耳斯磁性材料,Ta_(3)FeS_(6)具有空气稳定性和极大的矫顽场,这为探索稳定的、可小型化的范德瓦耳斯自旋电子器件研究开辟了全新的平台.

摘要： 亚铁磁材料因具有反铁磁排列的子晶格磁矩而表现出诸多丰富的物理性质,在磁信息存储和逻辑领域具有广阔的应用前景.本文采用磁控溅射方法在热氧化的硅基片上制备了Pt/GdFeCo(t)/Pt多层膜,系统研究了亚铁磁GdFeCo厚度对多层膜的表面形貌、结构、磁性以及反常霍尔效应(AHE)的影响.结构测试表明薄膜表面粗糙度较小,且GdFeCo层为非晶态;实验中利用GdFeCo层厚度可有效控制Gd元素含量,从而调控GdFeCo趋近反铁磁态特性的磁矩补偿点;通过重金属强自旋轨道耦合效应(SOC)和非晶态亚铁磁薄膜面内压应力,实现了良好垂直各向异性(PMA);进一步阐明了亚铁磁薄膜中磁性和反常霍尔效应的内在产生机制以及磁矩补偿点与温度的内在关系.这些结果为构建新一代低功耗自旋电子器件奠定基础.

摘要： 垂直磁各向异性稀土-铁-石榴石纳米薄膜在自旋电子学中具有重要应用前景.本文使用溅射方法在(111)取向掺杂钇钪的钆镓石榴石(Gd0.63Y2.37Sc2Ga3O12,GYSGG)单晶衬底上外延生长了2—100 n m厚的钬铁石榴石(Ho3Fe5O12,HoIG)薄膜,并进一步在HoIG上沉积了3 nm Pt薄膜.测量了室温下HoIG的磁各向异性和HoIG/Pt异质结构的自旋相关输运性质.结果显示,厚度薄至2 nm的HoIG薄膜(小于2个单胞层)在室温仍具有铁磁性,且由于外延应变,2—60 n m厚HoIG薄膜都具有很强的垂直磁各向异性,有效垂直各向异性场最大达350 mT;异质结构样品表现出非常可观的反常霍尔效应和"自旋霍尔/各向异性"磁电阻效应,前者在HoIG厚度小于4 nm时开始缓慢下降,而后者当HoIG厚度小于7 nm时急剧减小,说明相较于反常霍尔效应,磁电阻效应对HoIG的体磁性相对更加敏感;此外,自旋相关热电压随HoIG厚度减薄在整个厚度范围以指数方式下降,说明遵从热激化磁振子运动规律的自旋塞贝克效应是其主要贡献者.本文结果表明HoIG纳米薄膜具有可调控的垂直磁各向异性,厚度大于4 nm的HoIG/Pt异质结构具有高效的自旋界面交换作用,是自旋电子学应用发展的一个重要候选材料.

摘要： 磁性纳米粒子组装颗粒膜的电磁输运特性一直是凝聚态物理领域的研究热点之一.以原位组装的策略制备磁性颗粒膜,可以将磁性纳米粒子的制备和薄膜的组装过程分开,实现磁性颗粒膜中颗粒尺寸、颗粒间距等微结构要素的独立调控,为揭示磁性颗粒膜电磁输运特性的微观机制创造条件.本文总结了近年来磁性纳米粒子组装颗粒膜的制备及其电磁输运特性的主要研究成果,包括磁性颗粒膜的可控制备、电阻温度依赖性、导电机制,以及磁性颗粒膜的反常霍尔效应和标度理论.

摘要： 采用磁控溅射方法在单面附有300 nm SiO2的单晶硅基片上制备了以Pt为底层的CoSiB/Pt多层膜样品.CoSiB/Pt层周期数确定为2,对样品底层厚度及周期层厚度进行调制,根据反常霍尔效应系统地研究了CoSiB/Pt多层膜垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy,PMA)及薄膜的热稳定性.通过对这些参数的调节获得了具有良好垂直磁各向异性的最佳多层膜样品结构Pt(1)/[CoSiB(0.5)/Pt(1)]2,底层Pt和周期层中CoSiB,Pt的最佳厚度分别为1,0.5 nm和1 nm.对最佳样品进行XRD图谱分析,磁滞回线测量以及一系列退火处理.结果表明,样品具有明显的(111)CoPt衍射峰,形成了较好的(111)织构,界面耦合增强,结晶度较好,计算出样品的有效磁各向异性常数Keff达到5.11×104 J·m-3,样品具有良好的PMA;当退火温度为200°C时,样品的CoPt(111)峰强度显著增强,界面形成了较强的(111)织构,Keff达到最大值1.0×105J·m-3,当退火温度不超过400°C时,样品仍能保持良好的PMA.多层膜样品结构Pt(1)/[CoSiB(0.5)/Pt(1)]2具有良好的PMA和热稳定性,且合适的退火温度有利于提高样品的PMA.

摘要： 通过分子束外延法生长了铁(211)单晶薄膜,得到了反常霍尔效应中非本征的side jump贡献的系数是-412 S/cm,与其他对称方向([001]、[111]、[110])的数据对比,首次发现铁薄膜非本征的side jump贡献的系数是负值,这为理论预言side jump贡献的符号因不同类型的散射相互竞争而发生改变提供了实验支持.

摘要： ＂拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应的实验研究＂荣获2017年度高等学校科学研究优秀成果特等奖日前,教育部在网站上发布了《关于2017年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）奖励的决定》,共有319项/人获得高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）。

摘要： 霍尔效应家族自1879年发展至今已有一个多世纪,从1879年的霍尔效应到2013年的反常量子霍尔效应的实验发现,霍尔效应家族理论和实验逐渐完善.本文将阐明霍尔效应家族的发展历史,简述其研究现状,并对其未来研究趋势与应用前景做出展望.

摘要： 回顾了霍尔发现霍尔效应的主要历程,并通过分析发现了霍尔在科学研究中的好学但不盲从、大胆设想但又联系实际、锲而不舍但思路又开阔等创新意识和研究作风.简要叙述了反常霍尔效应的发现及对其理论机制是内禀机制还是外在机制的历史研究和争论,揭示了发现霍尔效应的重要意义.

摘要： 采用直流磁控溅射法在玻璃基片上制备了Pt底层的Co/Ni多层膜材料样品,通过样品的反常霍尔效应来研究多层膜的垂直磁各向异性.对影响样品垂直磁各向异性的各因素进行了调制,系统的研究了底层Pt厚度、周期层中Co层厚度、Ni层厚度和多层膜周期数对样品反常霍尔效应的影响.结果表明,多层膜中各层的厚度及周期数对样品的反常霍尔效应和磁性有重要的影响.通过对多层膜各个参数的调制优化,经过分析测量,最终在实验上获得了最佳样品,其结构为Pt(2)/Co(0.2)/Ni(0.4)/Co(0.2)/Pt(2),该样品霍尔曲线的矩形度非常好,具有良好的垂直磁各向异性,并且该样品总厚度在5nm以内,可更为深入的研究其与元件的集成性.

摘要： 半金属磁性材料由于在费米面附近只存在一种自旋取向的电子,理论而言它的自旋极化率为100％,对于自旋注入起到了关键作用1.利用分子束外延技术(MBE）生长出了高质量的heusler合金Co2FeAl薄膜,并且测量其输运性质.发现当Co2FeAl薄膜厚度减小到10ML(1ML=0.14nm)时,R-T曲线表现为半导体的性质(Fig.1).认为,由于薄膜属于岛状生长模式,当薄膜厚度减小到10ML时,Co2FeAl形成的是一个个的团簇,他们之间并没有连接到一起,所以电流通过时,是通过邃穿的模式使得电流通过,所以呈现出半导体的特性.

摘要： 文章以稀土金属Tm纳米晶为样品，采用反射率频谱实验和霍尔效应实验的方法对自由电子浓度nP和载流子浓度nH进行研究。结果表明金属Tm的载流子浓度对应的仅仅是费米面附近的状态，晶粒纳米化使霍尔系数增大，而载流子浓度减少。

摘要： 利用直流磁控溅射技术制备了多晶Fe3-xPtxO4(0≤x≤0.10)薄膜系列样品。通过对化合价、成份、磁性和电阻率的测量，证明Pt离子掺入到Fe3-xPtxO4晶格的B位，电输运性质由晶粒边界决定，满足热涨落隧穿模型。随掺杂浓度的增加，饱和磁化强度降低，室温电阻率降低，磁电阻和自旋极化率有所下降，但仍然保持较高数值。反常霍尔效应的研究表明，Fe3-xPtxO4的反常霍尔系数比纯铁高近500倍，霍尔电导率与正常电导率之间满足σxy∝σ"xx关系，n的取值范围在1.72～1.57±0.02之间，符合统一标度理论;随着Pt掺杂浓度的增加，n值降低，这与自旋相关散射作用变弱有关。

摘要： 利用脉冲激光沉积(PLD)方法制备了c轴取向的高质量YBa2(Cu1-xZn)3O7-δ(x=0,0.01,0.02)外延薄膜.超导临界温度随Zn掺杂量增加而较快地下降,与单晶样品的结果相符.在强磁场下的输运测量发现YBa2(Cu1-xZn)3O7-δ系列样品在Tc附近均出现反常的Hall电阻率符号反向,但其Hall电导率σxy随磁场的变化关系与氧欠掺杂的YBa2Cu3O6.66存在很大差异,说明Zn掺杂和氧掺杂对混合态中的磁通涡旋性质的影响有显著不同.

摘要： 本发明涉及一种在透射电子显微镜中测试材料霍尔/反常霍尔效应的方法，包括以下步骤：(1)选取微纳尺度测试样品与原位测试芯片连接固定，得到样品/芯片器件；(2)将样品/芯片器件置于原位测试样品杆中，再插入透射电子显微镜中；(3)对样品/芯片器件所在区域施加磁场，并对样品/芯片器件通入电流，在透射电子显微镜同步观察过程中获取霍尔/反常霍尔效应相关数据，即完成。与现有技术相比，本发明实现了在透射电子显微镜原位测试平台中，对材料形貌/磁畴结构和输运特性的同步观察。

摘要： 本发明涉及一种具有从低温到室温的反常Hall效应的单晶薄膜制备方法，其中包括以下具体步骤：提供MgO基底，并将该MgO基底置于超高真空系统中；利用分子束外延技术生长Fe1+yTe薄膜于该MgO基底表面上。利用本发明所述方法可制备出高质量、超薄的铁磁薄膜，在低温与室温下都具有明显的反常霍尔效应，说明薄膜具有铁磁性的特征。

摘要： 本发明公开了一种基于反常霍尔效应的灵敏度可调节的磁场传感器件。本发明从上到下依次为导电层、绝缘层、薄膜层、缓冲层，所述导电层用于接入控制电压，从而调控薄膜层垂直各向异性的大小，来调节磁性传感器件的灵敏度；其中薄膜层和缓冲层经过刻蚀微纳加工成的结构为十字结构，所述的薄膜层由CoFeB和MgO构成，当沿垂直于传感器件厚度方向通入的控制电压Us为一固定值时，传感器件横向两电极通入恒定电流I，检测来自于和电流方向一致的外部磁场H，而传感器件纵向两电极用于采集随外部磁场变化的电压，从而实现对外部磁场的检测。本发明可以灵活选择量程范围，准确测量外部磁场。

摘要： 本发明公开了一种量子反常霍尔效应薄膜微结构器件的制备方法，具体步骤如下：在拓扑绝缘体材料的Al2O3层上匀涂电子束胶作为保护层；在保护层上匀涂紫外正性光刻胶；采用光刻工艺将掩膜的图形转移到紫外正性光刻胶上；采用等离子去胶机去除刻蚀图形的保护层；利用离子束刻蚀机在拓扑绝缘体材料上刻蚀Al2O3层及Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3层，将掩膜的图形转移到拓扑绝缘体材料上；利用丙酮及异丙醇洗掉剩余的保护层和紫外正性光刻胶，干燥，得到量子反常霍尔效应薄膜微结构器件。本发明避免普通光刻工艺显影阶段对Al2O3薄膜的腐蚀，避免电子束曝光电荷积累造成的量子反常霍尔效应无法调控的问题，成功实现微纳加工后的量子反常霍尔效应。

摘要： 提供一种利用反常霍尔效应的磁传感器。非磁性金属层设置在铁磁材料之上和之下，以形成与施加的磁场的变化相对应的霍尔电压。所述磁传感器的线性度和饱和磁化取决于所述非磁性金属层的厚度和所述铁磁材料的厚度。另外，提供了一种利用反常霍尔效应的霍尔传感器。非磁性金属层相对于铁磁性层形成，并且构成所述铁磁性层的CoFeSiB的厚度在至的范围内。由于所述非磁性金属层的交界面感应作用，在与交界面垂直的方向上形成易磁化轴。另外，所述霍尔传感器包括具有菱形形状的感测区域、具有线形状的电极线部分和衬垫部分。

摘要： 本发明涉及一种在透射电子显微镜中测试材料霍尔/反常霍尔效应的方法，包括以下步骤：(1)选取微纳尺度测试样品与原位测试芯片连接固定，得到样品/芯片器件；(2)将样品/芯片器件置于原位测试样品杆中，再插入透射电子显微镜中；(3)对样品/芯片器件所在区域施加磁场，并对样品/芯片器件通入电流，在透射电子显微镜同步观察过程中获取霍尔/反常霍尔效应相关数据，即完成。与现有技术相比，本发明实现了在透射电子显微镜原位测试平台中，对材料形貌/磁畴结构和输运特性的同步观察。

摘要： 本发明涉及具有量子化反常霍尔效应的材料和由其形成的霍尔器件。在一实施例中，一种具有量子化反常霍尔效应的材料可包括：拓扑绝缘体基材；掺杂到所述拓扑绝缘体基材中的第一元素，所述第一元素引入电子型载流子；以及掺杂到所述拓扑绝缘体基材中的第二元素和第三元素，所述第二元素和所述第三元素每个引入空穴型载流子和磁性，从而形成双磁性掺杂拓扑绝缘体。

摘要： 本发明属于新型自旋量子磁存储器术领域，具体为一种基于反常自旋量子霍尔效应的MRAM芯片电路。该MRAM芯片电路的存储单元是PtBi/BiTmIG自旋异质结构建的四端口霍尔棒器件，利用反常霍尔检测电流发生模块提供的0.1mA检测电流和反常霍尔脉冲发生模块提供的10mA脉冲电流，来实现数据的读写。在读取过程中，利用反常霍尔效应，无需外加磁场且误码率低、响应速度快；在写入过程中，利用自旋轨道矩效应，实现极小电流密度驱动自旋磁矩翻转再带动薄膜磁矩翻转的数据写入新方法，极大地降低了数据写入电流密度和功耗。本发明的MRAM芯片电路具有单元器件制备工艺简单、读写电流密度低、功耗低、工作频率范围宽的特点。

摘要： 本发明公开了一种具有反常霍尔效应的反铁磁单晶Mn3Sn的制备方法及应用，涉及凝聚态物理领域/电子信息技术领域，其技术方案要点是：通过自助溶剂法生长得到Mn3Sn晶体，将Mn和Sn按摩尔质量比7:3研磨混合均匀装入坩埚中，将坩埚装入石英管中，真空下密封；将密封好的石英管放置于箱式炉中烧结，通过100°C/h速率升温至1100°C，保温24h，然后以1°C/h的速率降温至900°C，保温12小时后，高温离心，去除多余助溶剂，即制得非共线反铁磁体Mn3Sn晶体。本发明利用自助溶剂法制得反铁磁Mn3Sn单晶，制备方法简单、成本低廉，制得的Mn3Sn单晶具备优良的晶体质量；且制得的Mn3Sn晶体在室温下为反铁磁，对磁场扰动不敏感，不易产生杂散磁场，在室温下有较大反常霍尔效应。

摘要： 本发明公开了一种基于反常霍尔效应的灵敏度可调节的磁场传感器件。本发明从上到下依次为导电层、绝缘层、薄膜层、缓冲层，所述导电层用于接入控制电压，从而调控薄膜层垂直各向异性的大小，来调节磁性传感器件的灵敏度；其中薄膜层和缓冲层经过刻蚀微纳加工成的结构为十字结构，所述的薄膜层由CoFeB和MgO构成，当沿垂直于传感器件厚度方向通入的控制电压Us为一固定值时，传感器件横向两电极通入恒定电流I，检测来自于和电流方向一致的外部磁场H，而传感器件纵向两电极用于采集随外部磁场变化的电压，从而实现对外部磁场的检测。本发明可以灵活选择量程范围，准确测量外部磁场。