Ni-SiO2颗粒膜和Ni薄膜中的电子输运性质研究

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本文采用共溅射的方法在玻璃基底上制备了一系列不同金属体积分数x(0.48≤x≤1.00)的Ni-SiO2颗粒膜;采用单靶射频溅射的方法制备了一系列不同厚度(2.5-100nm)的Ni薄膜。我们对这些样品的微观结构、磁学性质、反常霍尔效应、量子效应对纵向电导率、反常霍尔电阻率和电导率修正,以及反常霍尔电阻率ρxys和纵向电阻率ρxx的关系进行了研究。透射电镜图像显示Ni-SiO2薄膜呈现非常好的纳米颗粒结构。对样品的ρxx的研究表明:当x>0.5时,样品呈现金属导电特性;当x≤0.5时,样品呈现半导体导电特性,根据电阻温度系数判断样品的逾渗阈值在x-0.5附近。并且我们在Ni-SiO2颗粒膜中观察到了巨霍尔效应,当x减小到逾渗阈值附近时,反常霍尔系数和正常霍尔系数都增大了两个多数量级。我们对反常霍尔标度关系进行研究:对于每个样品的ρxys和ρxx的关系进行分析(温度为隐含变量),金属体积分数在0.7以上的样品满足标度关系ρxys∝ρxx,即斜散射占主导;而金属体积分数在0.7以下的样品中不满足反常霍尔的标度关系,这可以用颗粒膜中关于反常霍尔效应的理论来解释。此外,我们对不同金属体积分数(0.52≤X≤0.78)样品中载流子浓度n归一化的ρxys和ρxx的关系进行研究(金属体积分数为隐含变量),得到不同温度时反常霍尔的标度关系为ρxy/n∝ρxx2,表明反常霍尔电流是无损耗的,Ni-SiO2颗粒膜中的反常霍尔效应来源于内禀机制。对于不同膜厚(2.5-16nm)的Ni薄膜的电子输运性质进行研究,低温时ρxx随温度的降低而增加,这种现象是由量子效应产生的。经过分析,3-16nm的样品中,低温时弱局域效应对ρxx、ρxys和反常霍尔电导率都存在lnT的修正。我们在低电导率区域(2.5-16nm)的样品中发现反常霍尔电导率σxy和纵向电导率σ-xx存在非传统的标度关系σxy∝σxxγ,γ≥1.79,这和统一标度理论认为在低电导率区域反常霍尔标度关系应该满足σxy∝σxx1.6有些偏离。我们知道电子的局域化只有低温时才存在,然而我们也在相对高的温度(100K、200K)时也发现了这种偏离统一标度关系的现象,这说明反常霍尔标度关系的偏离并不一定是由于电子的局域化造成的,产生这种标度关系的原因仍需进一步探究。
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