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多层膜中巨磁电阻效应的发现,使研究者越来越多地关注于电子的“自旋”这个自由度,一门前沿的学科——“自旋电子学”迅速蓬勃发展。就在巨磁电阻效应在多层膜中发现后不久,在颗粒膜系统中也同样发现了巨磁电阻效应。
此后,磁性颗粒膜由于其易制备性,独特的微结构和丰富的物理现象而备受关注。巨磁电阻效应发生在铁磁金属体积比小于临界体积的区域。在1995年,人们在磁性金属—绝缘体颗粒薄膜系统逾渗阈值附近,发现了霍耳效应巨大增强的现象。与巨磁电阻效应对应,人们称之为巨霍耳效应。普通材料的霍耳效应源于洛仑兹力,与材料的载流子类型、浓度以及平均自由程密切相关;而磁性材料还存在着与磁化强度相关的反常项。至今,磁性材料的反常霍耳效应和颗粒膜系统的巨霍耳效应还没有完备的理论解释。而磁性颗粒膜的性质仍然是凝聚态物理和材料物理研究的热点。基于此背景,本文着重研究(FexSn100-x)100-y(SiO2)y系列样品的磁电阻和反常霍耳效应。
我们利用射频磁控共溅射法在常温下制备了一系列的(FexSn100-x)100-y(SiO2)y样品。X射线衍射图谱显示,样品表现出典型的非晶特征,但同时在溅射过程中有反铁磁金属FeSn2晶体的形成。
Fesn2随着铁含量或者二氧化硅含量的增加而减少。磁性测量表明,随着铁含量的减少,样品垂直于膜面和平行于膜面的磁化曲线间的差别减小。
与此对应,磁电阻由明显的各向异性磁电阻逐渐变为各向同性的负磁电阻。在固定二氧化硅原子比的情况下,减小铁锡的比例,磁电阻先增大而后减小;而在固定铁锡比例的情形下,磁电阻则会随着二氧化硅含量的增加而变大。和离子束溅射制备的FexSn100-x系列样品相比,(FexSn100-x)92.33(SiO2)7.67系列样品最大饱和霍耳电阻率发生在相近的铁含量附近,但是其值增大了约50%。而对于不同的固定铁锡比例的样品,饱和霍耳电阻率对二氧化硅含量的依赖关系不同。