α-Mn结构Fe-Mn合金的磁电输运研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zcf3031132044
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反常霍尔效应(AHE)多年来吸引了人们的广泛关注,理论上,铁磁体中的AHE有公认的三种可能的来源,包括了与杂质散射有关的外禀机制和源于k-空间中的Berry相位的本征机制,这些机制通常与磁化强度成正比。在最近的研究中,AHE在一些具有拓扑自旋结构的体系中被发现,由于同磁结构的拓扑荷有关,这一与磁化强度无关的AHE又被称为拓扑霍尔效应(THE)。通常THE可以用实空间的Berry相机制来理解,这一机制要求输运的电子自旋同局域磁矩间满足强耦合的前提,但是对于相对弱的相互作用耦合则不适用。在最近的理论研究中,Nakazawa等人提出THE在弱耦合情况下可以根据几个物理量间的关系分为几个不同的区域,不同区域的拓扑霍尔电导具有不同的标度关系。自旋玻璃体系作为一种典型的满足弱耦合THE的体系受到了我们的关注,为了研究这一 THE以及其标度关系,我们研究了具有α-Mn结构的Fe-Mn合金的结构、磁性以及电输运性质。在本工作中,我们通过分子束外延手段在MgO单晶衬底上外延生长了一系列的Fe1-xMnx(0.00~0.60)合金薄膜。利用反射式高能电子衍射仪和高分辨X-射线衍射仪我们表征了样品的结构性质,证实了所生长的样品为高质量单晶,外延取向为Fe1-xMnx(001)[110]||MgO(001)[100],所生长样品的晶体结构均是与α-Mn结构相同的体心立方结构。利用直流磁测量和交流磁化率的测量,我们发现F e0.60Mn0.40在低温下会进入自旋玻璃态,这一自旋玻璃态表现在零场冷-场冷磁化强度曲线的分叉,磁弛豫,记忆效应,以及交流磁化率在冻结温度附近表现出频率依赖的尖峰。我们通过交流磁化率结果计算出Mydosh参数为δTf≈0.016,反应出该样品符合标准自旋玻璃而非之前实验报道的团簇自旋玻璃。同时频率依赖交流磁化率尖峰的偏离可以用Vogel-Fulcher定律和动力学临界标度理论进行拟合也表明了该体系符合标准自旋玻璃。同时我们通过机器学习对过去的140种自旋玻璃材料进行了统计学习,利用决策树、随机森林和支持向量机实现了对现有自旋玻璃种类进行分类,根据机器学习的结果,我们认为Fe0.60Mn0.40符合标准自旋玻璃的分类。我们也研究了电输运性质。在低温下我们发现样品的纵向磁电阻具有~T1/2的关系,拟合系数对外加磁场不敏感,说明存在电子-电子相互作用,这也解释了纵向磁电阻在低温下出现的上翘行为。在霍尔效应测量中,我们观察到了类似于磁性测量的结果,也进一步佐证了样品具有自旋玻璃性质。此外我们还系统地讨论了样品的反常霍尔效应。我们发现霍尔效应的一些结果无法简单用磁化强度来解释,表明了霍尔效应中存在一不同于通常的反常霍尔的额外贡献,即拓扑霍尔效应。我们讨论了低温下这一体系的标度关系。
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