金属薄膜的磁电阻研究

作     者：杨双龙 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛德胜

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：金属薄膜 磁电阻 霍尔效应 

摘      要：磁电阻指材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效应,是研究材料输运性质的重要手段之一,被广泛应用于磁传感器,磁存储等领域。目前,磁电阻的研究主要集中在非磁性材料中巨大磁电阻和磁性材料中转角磁电阻两大领域,通过改变温度和磁场等条件研究其变化规律和物理本质。本工作中,我们研究了非磁性金属Al,铁磁性Co及亚铁磁CoTb薄膜的磁电阻,结合霍尔等输运表征手段做了分析论证,得到的主要结果及创新点有:1.Al/SrTiO异质结中巨大的磁电阻现象。发现随着温度的降低和磁场的增大,磁电阻逐渐增大,5 K,9 T时的磁电阻高达410%。与此同时,霍尔电阻为非线性且满足双载流子模型。通过拟合电子和空穴的浓度和迁移率,证明该大磁电阻来源于电子空穴复合机制。在此基础上进一步研究了该体系中存在双载流子时的转角磁电阻,与单载流子不同的是曲线的峰和谷存在明显不对称性,归因于电子和空穴对电流轨迹的偏移不同。2.单晶Co/SrTiO异质结中的反常各向异性磁电阻现象。通过改变温度分别测量Co[100]和Co[110]晶向的各向异性磁电阻,发现对于Co[100]晶向在温度小于100 K时,纵向磁电阻逐渐变负,而横向磁电阻一直为正,但对于Co[110]晶向则纵向磁电阻始终为正而横向磁电阻在小于100 K时变负。另外,Co[110]与Co[100]晶向的磁电阻幅值比在100 K时高达29。利用基于晶体对称性展开的现象学分析方法可以很好的解释我们的实验结果,证明该异常的各向异性磁电阻是由于晶体无关磁电阻项与晶体相关磁电阻项的竞争所致。3.亚铁磁CoTb薄膜中温度相关的磁电阻现象。发现随着温度的降低,霍尔效应符号转变点对应于磁温度补偿点170 K,大小基本不变,而转角磁电阻的符号由正在200 K时变负,随后又在140 K变正,大小在200 K和140 K时近似为零。通过改变磁场测量和理论分析证明磁电阻的随温度的复杂变化是由远离磁补偿点时的各向异性磁电阻和靠近补偿点时的正常磁电阻相互竞争的结果。证明磁电阻和过渡金属及稀土金属均有关且在磁补偿点时并不为零。