垂直磁各向异性Co/Pt、Co/Ni多层膜中的异常霍尔效应

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本论文的工作主要在具有垂直磁各向异性的Co/Pt和Co/Ni多层膜体系中,研究了具有垂直磁各向异性的多层膜体系的磁学性质,并采用霍尔回路模型研究了金属多层膜中的异常霍尔效应。  利用磁控溅射方法制备了垂直易磁化的Pt/Co/Pt三层薄膜,以及Co/Ni多层膜,并使用VSM、SQUID、XRD等设备对其磁性以及结构参数等进行了测量。随后,使用霍尔回路模型对两个体系的异常霍尔效应进行了深入的研究。对于Pt/Co/Pt体系,首先,改变覆盖层Pt厚度的,在不同的温度条件下,研究了样品在其他结构参数不变的情况下Co层异常霍尔系数的变化规律,结合自旋霍尔效应,提出了Pt中自旋霍尔效应对Co层中极化状况以及异常霍尔效应的影响。第二,通过改变三层膜结构中上下两层Pt的厚度,验证了霍尔回路模型的一致性;利用变温的异常霍尔效应测量,以霍尔回路模型为基础,得到了Co层异常霍尔系数随温度的变化关系。而将得到的异常霍尔系数与相关文献进行对比,可以从中得到一些关于Pt/Co/Pt体系中非磁层Pt,以及Co/Pt界面在该体系中异常霍尔效应中所起的作用。对于Co/Ni多层膜体系,采用的霍尔回路模型,将样品中的铁磁部分[Co/Ni]N对于异常霍尔效应的贡献从测量信号中提取出来。根据实验结果,对具有垂直磁各向异性的Co/Ni多层膜样品中[Co/Ni]N铁磁层中的异常霍尔系数进行了计算,得到了[Co/Ni]N铁磁层的异常霍尔系数RS随温度以及铁磁层电阻率的上升呈而增大的结论。对此进行进一步的拟合计算,又得到了RS随温度以及电阻率变化的各项参数,例如其零温异常霍尔系数、散射无关项等。由铁磁层中Co/Ni多层膜的周期数变化与零温异常霍尔系数的关系,导出了Co/Ni界面等效异常霍尔系数与薄膜内部异常霍尔系数之间的关系,得到了二者对于整个样品的异常霍尔效应的贡献是相反的这一结论。  此外,通过对两个体系中横向霍尔电流的计算,得到了霍尔电流大小与测量温度、非磁层厚度、铁磁层周期数等参数之间的关系。我们的结果对于研究以Co/Pt体系为代表的强自旋-轨道耦合体系,以及以Co/Ni多层膜为代表的3d-3d铁磁多层膜体系中的异常霍尔效应是有意义的。
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