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反常霍尔效应(Anomalous Hall Effect,AHE)作为探究和表征铁磁性材料中巡游电子输运特性的重要手段和工具,对于整个稀磁半导体材料中自旋电子输运性质的研究起着十分重要作用。近年来,伴随着反常霍尔效应贝里相理论的提出,使得反常霍尔效应的研究再次成为凝聚态物理学研究的热点。 尽管反常霍尔效应的发现已有百余年之久,但关于其产生的理论机制依旧存在激烈的争论。争议的焦点是反常霍尔效应的产生机制,是能带效应还是散射效应。1954年Karplus和Luttinger首先提出了反常霍尔效应的本征机制,认为AHE的产生仅由材料的能带结构决定,而与材料中杂质或缺陷的散射无关。随后,Smit(1955年)和Berger(1971年)先后对KL的本征机制产生了质疑,并分别提出与散射相关的斜散射(Skew scattering)机制和侧跳(side jump)机制。近年来,随着人们对量子霍尔效应研究的深入,拓扑学的发展,研究者们将贝里相的概念引入到反常霍尔效应的研究中来。 结合贝里相理论第一性原理计算,实现了反常霍尔效应的定量化研究,并预测了能带结构对反常霍尔效应的重要贡献。考虑到材料能带显著依赖于材料的晶体结构,本文从改变样品相结构作为出发点,分别制备了系列的Co薄膜和Co-N薄膜,并对其AHE进行了研究和探讨。这种将相结构与AHE相结合的方法为AHE的研究提供了新思路,对于反常霍尔效应理论机制的研究具有重要意义,具体工作如下: 1)利用直流磁控溅射,通过改变衬底的温度,在不同温度下制备了系列Co薄膜样品,XRD测量Co的相结构强烈的依赖于基片温度,随着衬底温度的升高,样品由六方的ε-Co逐渐过渡到立方的α-Co。在转变过程中样品的饱和磁化强度略有增加,而剩余电阻从296 K样品的351.4μΩ·cm减少到873 K温度下制各样品的4.3μΩ·cm。通过反常霍尔效应研究发现,ε-Co薄膜的AHE主要来源于斜散射机制,而α-Co的AHE由本征机制和斜散射机制共同起作用。 2)通过直流磁控溅射,不断改变反应气体中的氮气压xN,在270℃的玻璃衬底上制备系列Co-N薄膜。XRD测试显示氮分压从0%到4%的变化过程中,样品逐渐由立方Co结构过渡为立方Co4N结构,而氮分压从6%到16%的变化过程中,样品逐渐形成六角Co3N结构。随着氮分压的增加(0-10%),样品的饱和磁化强度降低,而且纵向剩余电阻从65.1μΩ·cm增加到471.2μΩ·cm。AHE测量结果显示不同氮分压下制备的样品的反常霍尔效应主要来源于斜散射机制,而且还存在相对较弱的本征机制和侧跳机制。