分数量子霍尔效应的新理论

在经典霍尔效应中 ,霍尔电压ＶＨ 线性正比于垂直方向的外场Ｂ⊥ ,并且沿电流方向的纵向电压Ｖ∥ 也随Ｂ⊥ 的增加而连续上升 .1980年 ,冯·克里青 (ＫｌａｕｓｖｏｎＫｌｉｔｚｉｎｇ)用半导体场效应晶体管进行霍尔测量 ,研究被限制在二维平面内的电子运动 .他发现 ,在极低温和强磁场的条件下 ,霍尔电压ＶＨ 不再随外场的增加而线性增加 ,而是 (在ＶＨ-Ｂ⊥ 图上 )表现为一连串ＶＨ =常数的阶跃平台 .与一个个平台相对应的霍尔电阻ＶＨ Ｉ(Ｉ是纵向电流 )恰好等于物理常数ｈ ｅ2 除以一个整数ｉ(ｉ=1,2 ,3,4 ,… ) .克里青的发现后来被称为…     

用电子运动定性解释p型半导体中的霍尔效应

如图1所示,一块半导体样品当沿X方向通以电流I,沿Z方向加以磁场B,在Y方向则产生一霍尔电场EH,这种现象称为霍尔效应.实验表明,在图1所示样品电流I和磁场B的情况下,n型半导体样品(图 1a)所产生的霍尔电场 EH指向负Y方向,而p型样品(图1b)所产生的霍尔电场EH则指向正Y方向,二者正好相反.为了表示这个差别.将p型半导体样品的霍尔系数R定为正值,而n型样品的霍尔系数R则定为负值. 目前各种书上对n型和p型半导体霍尔效应的定性解释都是这样的,n型样品载流子是电子.如图 Za所示,当沿正 X方向通以电流人沿正z方向加以磁场B时.电子在洛仑兹力 …     

光自旋霍尔效应及其研究进展

光束在经过非均匀介质后,自旋角动量相反(左、右旋圆偏振)的光子在垂直于入射面的横向相互分离,造成光束的自旋分裂,这种现象叫做光自旋霍尔效应.它类似于电子系统中的自旋霍尔效应:自旋光子扮演自旋电子的角色,而折射率梯度则起外场作用.光自旋霍尔效应为操控光子提供了新的途径,在纳米光学、量子信息和半导体物理方面具有重要的应用前景;同时由于它与凝聚态和高能物理中的带电粒子自旋霍尔效应有高度的相似性和共同的拓扑根源,所以又为测量自旋霍尔效应这类弱拓扑现象提供了独特而又方便的机会.文章简单介绍了光自旋霍尔效应,并总结了近几年国内外的研究进展.     

InSe的高压电输运性质研究

高压下对InSe样品进行原位电阻率和霍尔效应测量. 电阻率测量结果显示, 样品在5–6 GPa区间呈现金属特性, 在12 GPa 的压力下发生由斜六方体层状结构到立方岩盐矿的结构相变, 且具有金属特性. 霍尔效应测量结果显示, 样品在6.6 GPa由p型半导体转变成n型半导体, 电阻率随着压力的升高而逐渐下降是由于载流子浓度升高引起的. 关键词： InSe 高压 电阻率 霍尔效应     

各向异性样品临界电流密度的自场效应

本采用Ｎｅｗｔｏｎ迭代法解决了无限长各向异性ＨＴＳＣ导线临界电流密度的自场效应，设临界电流密度平行于ｘ轴，外场与ｙ轴成θ角。我们给出了零外场下，临界电流密度及其自场的空间分布，计算了平均临界电流密度与θ角和外场数值的关系，发现并讨论了自场尺寸效应中的极值问题。我们的方法将可以有效地推广到其他更复杂形状和性质的样品中。     

自旋阀中的各向异性磁电阻效应

采用平面霍尔效应测量方法，对Ta(8nm)/NiFe(7nm)/Cu(24nm)/NiFe(44nm)/FeMn(14nm)/Ta(6nm)自旋阀多层膜进行了研究.结果表明，在样品中存在着自由层和被钉扎层之间的各向异性磁电阻的“混合”效应.与通常所采用的磁电阻测量方法相结合，平面霍尔效应的测 量可以给出自旋阀中各向异性磁电阻以及自由层和被钉扎层的磁矩随外场变化的更多信息. 关键词： 自旋阀 各向异性磁电阻 平面霍尔效应     

霍尔效应测量中的不等位热扩散电势差

尽管常规换向直流法可消除已知副效应干扰并得到霍尔电压，但它掩盖了存在未知附加电势的实验事实。将4次换向测量归纳为磁场与样品电流同相组合和反相组合，根据在磁场中样品电流和热扩散电流具有相似物理行为，必须考虑不等位热扩散电势差的影响。这一方案不仅更清晰地解释4次换向测量平均的物理原理，还通过同相测量平均和反相测量平均之差与和得到不等位热扩散电势差与确定且可重复的霍尔电压。实验事实及分析结果表明，引入不等位热扩散电势差才能完整描述霍尔测量中所有副效应的贡献。     

非磁性半导体异常磁电阻效应的有效介质理论

有效介质理论自洽方程被用来研究非磁性半导体材料的异常磁电阻效应. 通过建立两组分无序电导网络,同时引入组分的霍尔效应,计算了体系的有效电导张量随磁场和组分浓度的变化关系.结果表明,当两种组分具有不同类型的载流子时,体系中各组分零场电阻的差异将导致在垂直磁场和平行磁场方向上产生异常的磁电阻效应.这些宏观的磁电阻效应来源于体系中的非均匀性,并与组分的几何逾渗结构具有明显的关联. 关键词： 异常磁电阻效应 非磁性半导体 有效介质近似     

强关联材料霍尔热导率实验测量综

在材料中输入热流并在垂直于热流的方向上施加磁场时,热载流子将可能被磁场偏转,获 得横向速度,从而导致材料在横向出现一个温度梯度。这种效应被称为热霍尔效应 (THE)。与电 霍尔效应类似,热霍尔效应被预言将在一些拥有非平庸贝利曲率的材料中出现,因此它可以揭示 材料的拓扑性质。然而,热霍尔效应并不像电霍尔一样,只局限于载流子带电的体系;相反,任 何种类的准粒子都可以导热。因此,热霍尔效应也可以用来探索强关联电子体系材料 (尤其是绝缘 体) 的奇异性质。因此,热霍尔效应更具有普适性,并日益成为探测电中性激发,如声子和磁振子 的强有力手段。不仅如此,有如手性声子这样超越一般非平庸贝利曲率图像的因素仍可导致热霍 尔效应;探查其中的热霍尔效应将为理解材料中复杂的微观机理指明方向。但是,热信号比电信 号要微弱得多。尤其是测量热霍尔效应,往往要在较大背景噪音中提取微弱的有效信号,这使霍 尔热导的测量极具挑战性。但是得益于科研工作者大量的努力,该领域在近几年发展迅速,得到 了许多十分有趣的结果。在本文中,我们将简要总结现有的一些令人兴奋的在霍尔热导率测量方 面的成果,指出尚未解决的问题,并提出未来可能的方向。      

锗单晶体变温霍尔效应实验数据的处理

采用微机控制和数字式数据采集系统,在变温环境下(77~420 K)对长为6.0 mm、宽为4.0 mm、厚为0.6 mm的锗样品薄片进行霍尔效应相关数据测量;通过对测量的霍尔电压作数据处理得到锗的霍尔系数RH(T)、电导率σ(T)和霍尔迁移率μH(T)与温度的依赖关系.该实验结果对学生理解半导体物理中的相关知识有重要意义.     

光子自旋霍尔效应及其在物性参数测量中的应用

光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时,自旋角动量相反的光子在垂直于入射 面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比：自旋光 子扮演自旋电子的角色,折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互 作用,和两类几何相位有关：一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry 相位;另 一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry 相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感, 结合量子弱测量技术,在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析 光子自旋霍尔效应的物理根源,回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展,介绍 光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后,展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成 像等领域的可能发展方向。     

(Ni0.8Zn0.2Fe2O4)epoxy-PZT双层膜中的磁电效应

讨论了Ni0.8Zn0.2Fe2O4(NZFO)与锆钛酸铅(PZT)的双层膜结构样品的磁电(ME)效应.NZFO粉料由溶胶-凝胶法制成,再经900℃热压,并高温烧结.在该双层膜中测量到了很强的磁电相互作用.发现横向的磁电效应比纵向效应大一个数量级,并且随NZFO烧结温度的提高而增加.当烧结温度从950℃上升到1380℃时,横向ME电压系数(αE)的最大值变化范围为25.6 mV Am-2≤αE≤199.6 mV Am-2.理论分析显示NZFO-PZT双层膜样品中ME效应源于NZFO与PZT之间相对良好的磁电耦合.     

调制磁场交流霍尔电压测量技术

霍尔效应测量伴随着多种副效应,直流换向法在变温测量中存在难以克服的技术缺点.采用调制磁场与交流样品电流测量技术,并选择后者频率为前者的整数倍.当数据采样历遍调制磁场完整周期时,实验结果等效于磁场和样品电流换向测量.利用数字锁相放大器对被测信号谐波分量离散傅里叶分析原理,实现调制磁场交流霍尔电压实时测量.实验说明调制磁场交流霍尔测量技术方案的合理性,进而由变温霍尔测量结果表明该方法的科学性.     

变温霍尔效应简易测量方法

变温霍尔效应实验重点在于半导体载流子输运特性分析,但是磁场和样品电流手动换向影响了测量准确性.利用原有设备测控功能并增加继电器实施磁场换向,实现由计算机测控的变温霍尔效应简易测量方法.在手动测量理解实验技术原理的基础上,通过自动化测量使教学实验从定性观测提升到半定量测量分析层次.实验教学方案优化不仅拓展数据处理方法,还丰富了实验教学内容和物性分析结果.     

磁光克尔效应中的光子自旋分裂

光子自旋霍尔效应类似于电子系统中的电子自旋霍尔效应, 是在折射率梯度和光子分别扮演的外场和自旋电子的角色下, 由自旋-轨道相互作用而产生的光子自旋分裂现象. 光子自旋霍尔效应为操控光子提供了新的途径, 同时也提供了一种精确测量相关物理效应的方法. 本文研究了磁光克尔效应中光子自旋分裂现象, 建立了磁光克尔旋转与光子自旋霍尔效应之间的定量关系, 并通过弱测量系统观测了磁场作用下铁膜表面的光子自旋分裂位移, 得到相应的磁光旋转角, 验证了我们所推导的理论预测. 本文的研究成果为精确测量磁光克尔系数和磁光克尔旋转角提供了一种新方法.     

霍尔效应

1879年,二十四岁的霍尔在研究载流导体在磁场中所受的力的性质时,发现了一种电磁效应,即如果在电流的垂直方向加以磁场,则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。这个效应后来被称为霍尔效应。从那时到现在,一百年过去了,霍尔效应以及利用这个     

弱场下熔融织构YBa_2Cu_3O_(7-δ)样品局域磁通蠕动的实验研究

利用半导体霍尔探头测量法在液氮温度下研究了低场下圆柱状熔融织构YBa2 Cu3O7-δ样品的局域磁通蠕动行为 .对瞬时加减场样品端面局域磁场的磁弛豫 ,磁滞回线以及不同扫场速率下局域磁场的变化进行了测量 ,观察到了对数时间磁弛豫的行为 ,发现由加场和去场数据所得的激活能U0 有明显的不同 .磁滞回线测量中 ,局域点的磁场随外场几乎同步变化 ,不同扫场速率下局域磁场随外场变化的差别不大 .实验结果表明 ,外场除对样品侧面外 ,对端面也有明显的穿透 .所得U0 的不同来源于磁通线与ab平面的位置关系 .实验结果表明弱磁场下的磁测量有可能进一步发展成为获得样品的钉扎特性的简单而有效的方法     

(Ni0.8Zn0.2Fe2O4)epoxy-PZT双层膜中的磁电效应

讨论了Ni_0.8Zn_0.2Fe₂O₄ (NZFO)与锆钛酸铅(PZT)的双层膜结构样品的磁电(ME)效应.NZFO粉料由溶胶-凝胶法制成，再经900℃热压，并高温烧结.在该双层膜中测量到了很强的磁电相互作用.发现横向的磁电效应比纵向效应大一个数量级，并且随NZFO烧结温度的提高而增加.当烧结温度从950℃上升到1380℃时，横向ME电压系数(α_E)的最大值变化范围为25.6 mV Am^-2≤α_E≤199.6 mV Am^-2.理论分析显示NZFO-PZT双层膜样品中ME效应源于NZFO与PZT之间相对良好的磁电耦合. 关键词： 镍铁氧体 PZT 热压法 ME效应     

弱场下熔融织构YBa2Cu3O7-δ样品局域磁通蠕动的实验研究

利用半导体霍尔探头测量法在液氮温度下研究了低场下圆柱状熔融织构YBa₂Cu₃O_7-δ样品的局域磁通蠕动行为.对瞬时加减场样品端面局域磁场的磁弛豫,磁滞回线以及不同扫场速率下局域磁场的变化进行了测量,观察到了对数时间磁弛豫的行为,发现由加场和去场数据所得的激活能U₀有明显的不同.磁滞回线测量中,局域点的磁场随外场几乎同步变化,不同扫场速率下局域磁场随外场变化的差别不大.实验结果表明,外场除对样品侧面外,对端面也有明显的穿 关键词： 局域磁通蠕动 激活能 磁弛豫     

Fe15.16Ag84.84金属颗粒膜自旋极化相关的霍尔效应研究

采用磁控溅射法分别在玻璃和单晶硅衬底上同时制备了Fe15.16Ag84.84金属颗粒膜样品,并对样品的霍尔效应和霍尔系数RH随外加磁场H的变化关系进行了实验研究.观察到霍尔电压UH与外加磁场H的关系曲线呈现出自旋极化相关的反常现象,并与其磁电阻效应具有对应关系.基于自旋相关的散射理论对此作出了合理的解释.