弄清材料中的電子自旋相關(guān)性質(zhì)是實現(xiàn)自旋電子學應用的重要前提。本論文著眼于采用低溫強磁場條件下的磁輸運測量對窄禁帶半導體Hg Te、In Ga As的低維結(jié)構(gòu)中的二維電子系統(tǒng)以及Co/Pt磁性多層膜的自旋相關(guān)性質(zhì)進行研究,主要研究內(nèi)容及研究進展包括:(1)研究了Hg Te表面量子阱中二維電子系統(tǒng)的自旋極化率。通過對樣品在垂直磁場和傾斜磁場下的磁輸運性質(zhì)的測量,分析了徑向磁電阻隨傾斜角度的演化過程。采用能夠提取電子有效g因子的重合法(coincidence method),提取了樣品在不同填充因子下的自旋極化率。結(jié)果表明,樣品自旋極化率||**gmr的數(shù)值在1.4到3.4之間,比先前報道的Hg Te/Hg1-xCdxTe量子阱的結(jié)果要高得多;樣品的自旋極化率||**gm填充因子n沒有明顯的依賴性,也與Hg Te/Hg1-xCdxTe量子阱的結(jié)果不同;這些差異與樣品特殊的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。(2)研究了非對稱摻雜的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中二維電子系統(tǒng)的零場自旋分裂能與高場有效g因子。樣品的徑向磁阻xxR的Shubnikov-de Haas(Sd H)磁阻振蕩并沒有顯示出拍頻效應,但是樣品卻呈現(xiàn)出明顯的弱反局域效應,這表明樣品具有非零的零場自旋分裂能。在高磁場下,通過對xxR由于自旋分裂導致的雙峰結(jié)構(gòu)的分析,得到了樣品的由于電子交換作用而顯著增強的高場有效g因子,*g=8.18~11.49。同時實驗結(jié)果表明,樣品的高場有效g因子并不依賴于傾斜角度q。另外通過對樣品的Sd H磁阻振蕩振幅的Dingle圖進行分析,發(fā)現(xiàn)其Dingle圖呈現(xiàn)出非線性的特征,分析表明這是由于樣品的Sd H磁阻振蕩還受到樣品襯底附近摻雜的Be原子的長程散射勢的影響。(3)研究了Co/Pt多層膜中的垂直各向異性,通過磁輸運測量樣品的反�；魻栃治隽似浯怪备飨虍愋噪S薄膜厚度與溫度的變化關(guān)系。實驗結(jié)果表明,Pt層厚度較小的樣品A不具有明顯的垂直磁各向異性而是顯示出超順磁性,而樣品B則具有很強的垂直磁各向異性。雖然樣品A的橫向霍爾磁阻xyR不顯示出垂直磁各向異性的特征,但是其徑向磁阻xxR呈現(xiàn)出復雜的行為,且從整體上看其行為類似于自旋閥。兩塊樣品的磁各向異性隨溫度的變化關(guān)系也大為不同:樣品A的特征磁場kB對溫度具有簡單的類指數(shù)式依賴關(guān)系;而樣品B的矯頑磁場cB對溫度T具有l(wèi)nsT式依賴關(guān)系,且可明顯地分為以臨界溫度40 KcT?為界的兩個區(qū)域,在低于cT的溫度區(qū)域內(nèi),s=-0.013,而在高于cT的溫度區(qū)域內(nèi),s=-0.019。分析表明,樣品中Pt層厚度、包含聲子散射和磁極化子散射在內(nèi)的電子散射機制以及二維鐵磁性因素對樣品的垂直磁各向異性有著重要影響。
【學位單位】：中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：O469
【文章目錄】：
致謝
中文摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 自旋電子學概述
        1.1.1 巨磁阻效應與金屬自旋電子學
        1.1.2 自旋場效應晶體管與半導體自旋電子學
        1.1.3 新興自旋電子學  量子自旋霍爾效應與拓撲絕緣體
    1.2 電子自旋相關(guān)性質(zhì)
        1.2.1 自旋軌道耦合效應與零場自旋分裂能
        1.2.2 自旋極化率
        1.2.3 磁性多層膜中的自旋極化輸運
        1.2.4 磁性多層膜中的垂直磁各向異性
    1.3 本論文創(chuàng)新點與結(jié)構(gòu)簡介
    參考文獻
第2章 磁輸運：方法、現(xiàn)象與理論
    2.1 磁輸運測量方法及測量系統(tǒng)
        2.1.1 標準霍爾法
        2.1.2 范德堡法
        2.1.3 磁輸運測量系統(tǒng)
    2.2 磁輸運現(xiàn)象與理論
        2.2.1 經(jīng)典霍爾效應與Drude電子輸運理論
        2.2.2 反�；魻栃�
        2.2.3 量子霍爾效應
        2.2.4 朗道量子化與磁阻的Shubnikov-de Hass振蕩
        2.2.5 弱局域效應與弱反局域效應
    參考文獻
第3章 HgTe表面量子阱中二維電子系統(tǒng)的自旋極化率
    3.1 引言
    3.2 提取自旋極化率的重合法簡介
    3.3 樣品與實驗條件
    3.4 實驗結(jié)果與討論
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻
0.53Ga₀.47As/In₀.52Al₀.48As量子阱中二維電子系統(tǒng)的零場自旋分裂能與高場有效g因子'>第4章 In₀.53Ga₀.47As/In₀.52Al₀.48As量子阱中二維電子系統(tǒng)的零場自旋分裂能與高場有效g因子
    4.1 引言
    4.2 提取零場自旋分裂能的方法
        4.2.1 SdH磁阻振蕩的拍頻效應
        4.2.2 弱反局域效應
    4.3 提取有效g因子的方法
    4.4 樣品與實驗條件
    4.5 實驗結(jié)果與討論
        4.5.1 樣品的零場自旋分裂能
        4.5.2 樣品的高場g因子
    4.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第5章 Co/Pt磁性多層膜的垂直各向異性研究
    5.1 引言
    5.2 樣品與實驗條件
    5.3 實驗結(jié)果與討論
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果

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本文編號：2827756