磁光热电多场耦合下载流子的新奇输运行为

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凝聚态物质中载流子的输运行为向来是物理学领域最广受关注的热点之一。对于载流子输运的调控,不仅蕴含着丰富的物理机理,而且对电子器件的实际应用也有巨大推动作用。本论文通过利用温差、光照、磁场和电场多种方式,对凝聚态物质中的载流子进行了调控,研究了载流子在多场耦合下,其输运行为表现出的一些新奇现象。  首先,我们根据自己实验的实际需求,独立研发了一台高信噪比,多功能的实验平台,可以同时对样品施加温度梯度,磁场,电场和光照,从而实现在多场耦合情况下,对电子输运的研究。  我的第一项工作是研究了铁磁导体在横向温度梯度下,内部电子的自旋输运行为,即自旋塞贝克效应。我们针对目前学术界对这种效应的争议,首先测试了横向热电信号随磁场角度的变化情况,确定出了平面能斯特信号的比例。更重要的是,我们设计了一种将Pt电极嵌套在Py中的结构,成功地分离了反常能斯特信号的成分。从而实现了对Py/Pt体系中,横向热电压的定量分离。  随后,我们通过合理和巧妙的设计,获得了高温下纵向自旋塞贝克和自旋霍尔磁电阻随温度的依赖关系,两者可以通过自旋混合电导率相联系起来,并通过有限元分析的方法获得了样品中的温度梯度。通过对自旋霍尔磁电阻的拟合,我们发现在高温下,自旋混合电导率不再是一个常量,而是随温度直线衰减,这与理论预言相符。但通过这个自旋混合电导率,利用现有公式进行反推自旋塞贝克电压时,却出现了量级上的差异,对此还尚未有合理的解释。  接着,我们绕开自旋电子学角度,提出了一种全新的载流子调控手段。我们从半导体光生非平衡载流子的角度出发,利用磁性肖特基结的内建电场,将一种非平衡载流子转移到磁性材料中,再利用磁性材料的各向异性磁电阻,实现了对半导体载流子的低场调控。同时研究发现,这种效应在半导体中具有长程效应。并且我们结合前人的理论成果,在加入各向异性磁电阻的因素后,对我们的实验进行了非常合理充分的解释,并对实验的进一步改善提供了思路。  最后简短一章中,我们发现肖特基结的金属一侧的电阻,在光照下,会出现单向衰减行为。我们通过系统研究硅片的电势变化及薄膜的微分电阻,找出了其中的原因,即在光照下,原本反向截止的肖特基结会出现打开的行为,从而使得半导体对薄膜材料有一个短路的效应。
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