自旋轨道耦合对铁磁金属薄膜中反常霍尔效应的调控作用
批准号:
11374227
项目类别:
面上项目
资助金额:
89.0 万元
负责人:
周仕明
依托单位:
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈小兵、高伟波、陈凤良、马丽、张琰卿
中文摘要
磁性薄膜中反常霍尔效应AHE与自旋霍尔效应等新的自旋输运现象具有相同或相似的物理机制,因而近年来备受关注。已有的理论和实验研究表明,AHE存在三种机制,分别来源于传导电子横向反常速度引起的内禀贡献,杂质散射引起的skew和side-jump贡献。虽然人们普遍知道这三种机制都与自旋轨道耦合(SOC)强度密切相关,但是一直缺乏相应的研究,特别缺乏直接的实验研究。基于上述思路,我们提出用磁控溅射方法在MgO(001)单晶衬底上制备L1(0)XPdPt(X=Fe,Co,Ni)三元有序合金外延薄膜,用四探针方法测量薄膜在不同温度下的纵向电阻率和霍尔电阻率。通过改变Pt/Pd的相对原子百分比,大幅度调节自旋轨道耦合强度(SOC),研究SOC对反常霍尔电导率的影响。结合第一性原理计算,揭示SOC以及杂质散射对 side-jump和skew 贡献的影响机制。同时研究SOC 对正常霍尔效应的影响机制。
英文摘要
Since the mechanism of the anomalous Hall effect (AHE) in magnetic films is the same as or similar to those of the new spin related transport phenomena such as spin Hall effect, it has received renewed interest. Previous theoretical and experimental studies have shown that there are three different contributions to the AHE. The intrinsic contribution is caused by the anomalous transverse velocity of electrons. The second skew and third side-jump ones are caused by the asymmetric scattering near the impurity. Although all three contributions are generally believed to be strongly related to the spin orbital coupling (SOC), there almost is no investigation about the SOC effect on the AHE. In particular, there is no direct experimental evidence. Accordingly, we propose to make L1(0) XPdPt (X=Fe, Co,Ni) alloy films on MgO(001) single substrates by DC magentron sputtering. The longitudnal resistivity and Hall one are measured by four point approach at different temerpatures. By changing the concentration ratio of Pt/Pd atoms, the SOC strength can be modified greatly. In this way, the SOC effect on the AHE can be studied and revealed. With ab initio calculations, the effect of SOC and impurity scattering on the skew and side-jump contributions to the anomalous Hall conductivity can be addressed.At the same time, the SOC effect on the normal Hall effect is studied.
自旋轨道耦合是影响材料基本磁性的因素之一。我们系统研究了MgO(001)单晶衬底上制备的L1(0)FePdPt三元有序合金外延薄膜中自旋轨道耦合对磁各向异性、反常霍尔效应、磁性阻尼、磁光效应的影响机制,取得了一些有意义的研究结果。反常霍尔电阻率可以用纵向电阻率的线性项和平方项表述,其中系数分别为a和b。对于反常霍尔效应中与散射无关的反常霍尔电导率b(side-jump的贡献和內禀贡献之和),随着Pt/Pd原子百分比增加而增加。而系数a呈现非单调变化。同时,线性项系数a和平方项系数b可以很好地用1/d的线性函数拟合。研究发现,无序合金薄膜中诱导单轴磁各向异性也随原子百分比增加而增加。另外,我们还研究了自旋轨道耦合对PdPt合金外延薄膜中自旋霍尔效应的影响,发现自旋霍尔角随Pt含量而非单调变化。这说明自旋霍尔角的本征贡献随Pt含量增加而增加,非本征贡献在50 at%Pt含量附近呈现最大值。最后,我们还研究了CoNi合金磁性阻尼与态密度的关系。
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DOI:
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发表时间:
2015
期刊:
Acta Physica Sinica
影响因子:
1
作者:
[毛翔宇, 邹保文, 孙慧, 陈春燕, 陈小兵]
通讯作者:
陈小兵
Mapping motion of antiferromagnetic interfacial uncompensated magnetic moment in exchange-biased bilayers
交换偏置双层中反铁磁界面未补偿磁矩的映射运动
DOI:
10.1038/srep09183
发表时间:
2015-03
期刊:
Scientific Reports
影响因子:
4.6
作者:
[Zhou X, Ma L, Shi Z, Fan WJ, Evans RFL, Zheng JG, Chantrell RW, Mangin S, Zhang HW, Zhou SM]
通讯作者:
Zhou SM
Magnetization reversal in perpendicularly magnetized L10 FePd/FePt heterostructures
垂直磁化的 L10 FePd/FePt 异质结构中的磁化反转
DOI:
10.1063/1.4890936
发表时间:
2014-07-21
期刊:
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
影响因子:
3.2
作者:
[Ma, L., Gilbert, D. A., Zhou, S. M.]
通讯作者:
Zhou, S. M.
Spin Orbit Coupling Controlled Spin Pumping and Spin Hall Magnetoresistance Effects
自旋轨道耦合控制的自旋泵浦和自旋霍尔磁阻效应
DOI:
10.1002/aelm.201600112
发表时间:
2016-10-01
期刊:
ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS
影响因子:
6.2
作者:
[Ma, Li, Zhou, Heng-An, Zhou, Shi-Ming]
通讯作者:
Zhou, Shi-Ming
Tuning magnetotransport in PdPt/Y3Fe5O12: Effects of magnetic proximity and spinorbitcoupling
调节 PdPt/Y3Fe5O12 中的磁输运:磁邻近和自旋轨道耦合的影响
DOI:
10.1063/1.4890239
发表时间:
2014
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Zhou X, Ma L, Shi Z, Guo GY, Hu J, Wu RQ, Zhou SM]
通讯作者:
Zhou SM
共 15 条
磁性外延薄膜磁性阻尼系数调控
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批准号:12274323
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项目类别:面上项目
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资助金额:55万元
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批准年份:2022
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负责人:周仕明
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依托单位:
锰基反铁磁外延薄膜中拓扑霍尔效应
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批准号:11874283
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2018
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负责人:周仕明
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依托单位:
铁磁/非磁性金属异质结中界面自旋霍尔效应
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批准号:51671147
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:周仕明
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依托单位:
有序合金薄膜中结构、磁性及输运性质
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批准号:51331004
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项目类别:重点项目
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资助金额:304.0万元
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批准年份:2013
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负责人:周仕明
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依托单位:
周期性修饰金属磁性薄膜中磁光效应增强和表面等离子体共振
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批准号:51171129
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2011
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负责人:周仕明
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依托单位:
全光学方法研究磁性薄膜的阻尼吸收
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批准号:10974032
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项目类别:面上项目
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资助金额:43.0万元
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批准年份:2009
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负责人:周仕明
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依托单位:
垂直磁记录介质中飞秒激光诱导的磁性软化研究
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批准号:50871030
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项目类别:面上项目
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资助金额:45.0万元
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批准年份:2008
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负责人:周仕明
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依托单位:
国内基金
海外基金