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物理学报 2019年第22期68卷 236-243,F0004页

作者：韦博元步海军张帅宋凤麒南京大学物理学院固体微结构国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心

拓扑半金属中的手性反常通常是用负磁阻来检测.然而,手性反常导致的负磁阻对磁场和电流的夹角比较敏感,这给测量带来了挑战.最近,作为一种新兴实验手段,面内霍尔效应被越来越多地应用于拓扑半金属中手性反常的探测.本文通过将拓扑Nodal-... 详细信息

拓扑半金属中的手性反常通常是用负磁阻来检测.然而,手性反常导致的负磁阻对磁场和电流的夹角比较敏感,这给测量带来了挑战.最近,作为一种新兴实验手段,面内霍尔效应被越来越多地应用于拓扑半金属中手性反常的探测.本文通过将拓扑Nodal-line半金属ZrSiSe块体机械剥离制备成的介观器件,对其面内霍尔效应进行了测量并探究其起源.尽管测量数据与拓扑半金属中手性反常导致的面内霍尔效应理论公式拟合得很好,但各向异性磁电阻的分析结果表明,负磁阻并不存在.更进一步地,根据最近报道提出手性反常存在的判据,在一个手性反常主导的系统中,以磁场和电流夹角为参数的Rxx-Ryx关系曲线呈现为随磁场变化的一系列同心圆,而在本文ZrSiSe器件的输运实验中,表现为非同心圆的形式.结合分析,本文排除了手性反常的存在,并推断各向异性磁电阻才是其面内霍尔效应的起因.

关键词：拓扑半金属面内霍尔效应手性反常

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拓扑半金属ZrSiSe中面内霍尔效应的研究

拓扑半金属ZrSiSe中面内霍尔效应的研究

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作者：韦博元南京大学

学位级别：硕士

拓扑绝缘体和拓扑半金属是近年来被广泛研究的新型量子材料。由于拓扑绝缘体中表面态自旋动量锁定特性,当电子经过边界上非磁性杂质时,背散射会被禁止,即表面态是受拓扑保护的,这对于新一代低耗散电子器件的研制和设计具有重要意义,特... 详细信息

拓扑绝缘体和拓扑半金属是近年来被广泛研究的新型量子材料。由于拓扑绝缘体中表面态自旋动量锁定特性,当电子经过边界上非磁性杂质时,背散射会被禁止,即表面态是受拓扑保护的,这对于新一代低耗散电子器件的研制和设计具有重要意义,特别是近年来通过在拓扑绝缘体中引入磁性的努力,以实现量子化版本的反常霍尔效应,即量子反常霍尔效应,是目前彻底解决芯片发热问题较为可行的方案。拓扑半金属体相拥有线性的能带结构,理论上可以规避拓扑绝缘体体相贡献造成的表面态信号弱的缺点,因此更加有利于对无质量狄拉克费米子输运的研究。笔者在攻读硕士学位期间,选择了拓扑半金属ZrSiSe,在介观器件中观测到了面内霍尔效应并对其来源进行了探究。借助微加工技术,在ZrSiSe纳米片中观测到了SdH振荡及面内霍尔效应。在温度2K下,振荡自磁场为5T开始起振,至最高场14T时,磁阻达到4000%。快速傅里叶变换(FFT)给出振荡频率为210T,与块体的结果一致,并在115T附近,额外观察一个较小的振荡峰,表明存在多个费米口袋。拟合得到载流子有效质量为0.138)。实验结果表明,尽管ZrSiSe中观测到的面内霍尔效应及各向异性磁电阻符合手性反常理论公式,但作为手性反常存在的必要条件——负磁阻,并没有出现。而且,以磁场和电流方向夹角作为参数,Rxx-Rxy的关系曲线呈现为随磁场大小而变化的一系列非同心圆,这与理论中手性反常主导体系系统中的结果矛盾。由此,我们排除了手性反常作为其面内霍尔效应起源的可能,并进一步提出各向异性磁电阻才是其来源。进一步的公式推导表明,对于普通的导体,只要平面磁场的引入产生了各向异性磁电阻,面内霍尔效应总能被观察到。综上,当PHE和AMR同时被观察到时,才能进一步判断系统中是否存在手性反常。

关键词：拓扑半金属手性反常面内霍尔效应各向异性磁电阻

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拓扑绝缘体Sn掺杂的Bi1.1Sb0.9Te2S的面内霍尔效应

拓扑绝缘体Sn掺杂的Bi1.1Sb0.9Te2S的面内霍尔效应

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作者：吴彬南京大学

学位级别：硕士

拓扑绝缘体的体相是窄能隙的绝缘体,表面存在二维无质量的狄拉克费米子。受到时间反演对称性的保护,狄拉克费米子拥有线性色散的能带结构并且他们的自旋和轨道相互锁定,使得狄拉克费米子对非磁性杂质存在背散射禁戒的特性。目前在三维... 详细信息

拓扑绝缘体的体相是窄能隙的绝缘体,表面存在二维无质量的狄拉克费米子。受到时间反演对称性的保护,狄拉克费米子拥有线性色散的能带结构并且他们的自旋和轨道相互锁定,使得狄拉克费米子对非磁性杂质存在背散射禁戒的特性。目前在三维拓扑绝缘体的研究中存在两个关键的问题,即高质量的拓扑绝缘体材料的获取和对狄拉克费米子物理性质的研究。笔者通过熔融法制备出了高质量的Sn掺杂的Bi1.1Sb0.9Te2S单晶。我们通过角分辨的光电子能谱,观察到了清晰的狄拉克锥结构,狄拉克点距离费米面126meV;对样品进行输运性质的测量,样品实现了体相绝缘,在低温的电阻率可以达到几十Ωcm;通过对Shubnikov-de Haas振荡的分析,表面态拥有较低的载流子浓度,在低温条件下二维的非平庸拓扑表面态在输运中占主导。进而我们在Sn掺杂的Bi1.1Sb0.9Te2S单晶中测量面内霍尔效应。首次在块体中观察到了面内霍尔效应,电阻和角度呈现sin2θ的依赖关系;通过改变温度,观察到了面内霍尔效应的振幅从100 K到150 K出现明显的衰减,通过对数据的分析确认这个衰减是由于面内霍尔效应到经典霍尔效应的转变。

关键词：拓扑绝缘体熔融法面内霍尔效应

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单晶薄膜磁各向异性的输运测量

单晶薄膜磁各向异性的输运测量

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作者：曹文娜复旦大学

学位级别：硕士

物质的磁性早在三千年以前就被人们所认识和应用,而如今磁性材料更是被广泛地应用在我们的生产生活之中,例如变压器中的铁心材料、磁记录设备中的磁性材料等等。在磁性材料研究中,其磁化强度、居里温度以及磁各向异性是最基本的研究对... 详细信息

物质的磁性早在三千年以前就被人们所认识和应用,而如今磁性材料更是被广泛地应用在我们的生产生活之中,例如变压器中的铁心材料、磁记录设备中的磁性材料等等。在磁性材料研究中,其磁化强度、居里温度以及磁各向异性是最基本的研究对象。其中对于磁记录设备中的磁性材料,磁各向异性这一参量则显得尤为重要。本论文中,将论述用输运测量的方法研究磁性薄膜样品中的磁各向异性。一、我们用输运测量装置测量了铁薄膜的面内霍尔效应,并据此得出了铁薄膜的各向异性,并将此各向异性的值与RotMOKE测量所得的各向异性的值比较,发现两种实验方法所得的结果符合得很好,证明了我们用输运测量的方法来研究磁性样品各向异性的可靠性。二、我们用输运测量的方法研究了Fe/CoO铁磁/反铁磁体系的各向异性随温度的变化。实验发现,在低温下Fe/CoO体系中会产生一个很大的单轴各向异性Hku,并且随着温度的升高Hku逐渐减小,在高于CoO的奈尔温度以后消失。当改变场冷的方向,此单轴各向异性的易轴方向总是沿着CoO的[110]或者[110]方向,并且具有相同的Hku值。可见这个强大的单轴各向异性是由Fe/CoO铁磁/反铁磁耦合作用造成的,并且CoO自身强大的四度各向异性是决定这个单轴各向异性易轴只能在CoO[110]或者[110]方向的主要原因。此外,交换耦合作用还引入了一个面内的四度各向异性,其易轴在CoO＜100＞方向。

关键词：面内霍尔效应各向异性铁磁/反铁磁耦合

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