论文部分内容阅读
Heusler合金具有高自旋极化率和居里温度，在自旋电子学研究领域具有潜在的应用前景。Fe3Si通常被认为是二元Heusler合金，可以写作Fe II I2Fe1Si。我们使用磁控溅射方法制备了多晶和外延Fe3Si薄膜，并对其结构、磁性和输运特性进行了实验研究。通过优化制备条件，我们在Si、玻璃和NaCl基底上制备了多晶Fe3Si薄膜。薄膜在低温和高温区域分别遵循非传统单磁子散射和电子–声子散射的导电机制。薄膜的反常霍尔电阻率在12kOe磁场以下随着磁场的增大而线性增大，在12kOe磁场以上达到饱和，与面外的M H曲线变化规律相一致；薄膜的平面霍尔电阻和各向异性磁电阻随磁场正弦变化，这是由于多晶样品中不存在各向异性，薄膜的磁矩在外磁场作用下与磁场协同转动。为了研究了不同生长温度对Fe3Si薄膜电输运性质的影响，我们在MgO(001)基底上生长了多晶Fe3Si薄膜。电输运特性研究表明，由于弱局域效应，300oC下制备的Fe3Si薄膜在低温下表现出非金属导电特性，其反常霍尔效应机制为斜散射占主导；400、600和700oC下制备的Fe3Si薄膜表现为金属导电机制，反常霍尔效应包含斜散射和侧跳机制两部分的贡献。500oC下在MgO(001)、(011)和(111)基底上我们分别生长了(001)、(112)和(011)取向的外延Fe3Si薄膜。外延Fe3Si薄膜具有低电阻和软磁特性。薄膜的平面霍尔效应在高场下都具有与多晶Fe3Si薄膜类似的正弦行为；在低场下，Fe3Si(001)和(112)薄膜的平面霍尔电阻表现为突变式的曲线，(011)取向的薄膜则为三角形。高场下的平面霍尔电阻可以用单畴模型进行解释，低场下的平面霍尔电阻可以用单畴模型和不同的面内外延关系进行解释。面内外延关系源自于基底和薄膜的不同面内对称性。半导体Ge(111)上制备的Fe3Si薄膜为(111)取向生长。扫描电子显微镜(SEM)分析表明，薄膜的平均晶粒尺寸约为500nm，并且表面存在一些氧化微孔。由于界面扩散和反应等原因Fe3Si/Ge(111)表现出弱的整流效应。