[论文解读] Weak localization and Anomalous Hall Effect in Chemically Disordered L10-Mn1.5Ga

Lijun Zhu, Da Pan+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2013

Magnetic properties of thin films被引用 30

一句话总结

本研究调查了化学无序的 L10-Mn1.5Ga 单晶中的反常霍尔效应（AHE），揭示了缺陷主导了 AHE 电阻率中的倾斜散射贡献，其影响超过了声子和自旋波。长程化学有序性的破坏强烈抑制了本征 AHE，这是由于能带拓扑结构的改变，从而挑战了传统的标度定律，并深化了对磁性材料中 AHE 机制的理解。

ABSTRACT

The anomalous Hall effect (AHE) in perpendicularly magnetized L10-Mn1.5Ga single-crystalline films is investigated as a function of degree of long-range chemical ordering and temperature. Our results provide firm evidence that weak localization, phonons and magnons have negligibly smaller effect on skew scattering contributions to AHE resistivity than defects, the overlook of which in conventional scaling laws results in significant discrepancies and exponent n beyond 2 when fitting the data. We find that the broken of long-range chemical ordering strongly affects both intrinsic and extrinsic contributions of AHE conductivity, e.g., it greatly suppresses intrinsic contributions by influencing the topology of the band structures. Our results are of great importance for both physical understanding and technological engineering of the AHE.

研究动机与目标

• 理解长程化学有序性在调控 L10-Mn1.5Ga 中本征与非本征 AHE 贡献中的作用。
• 通过识别声子和自旋波之外的主导散射机制，解决传统 AHE 标度定律中的矛盾。
• 澄清缺陷、声子和自旋波在无序磁性薄膜中倾斜散射的相对贡献。
• 研究化学无序如何影响能带结构和拓扑，从而影响本征 AHE 电导率。
• 为垂直磁化的 L10-Mn1.5Ga 提供一个改进的物理框架，以促进基础理解与器件应用。

提出的方法

• 系统地改变长程化学有序度，测量单晶 L10-Mn1.5Ga 薄膜中的 AHE 电阻率。
• 通过温度依赖的输运测量，分离缺陷、声子和自旋波对倾斜散射的贡献。
• 利用标度定律分析 AHE 电导率，将预测的指数与实验数据进行比较。
• 将结构无序性（通过长程有序参数表征）与能带结构拓扑变化及 AHE 响应变化相关联。
• 利用弱局域化效应作为探测无序体系中电子散射机制的工具。
• 将基于能带结构计算得到的本征 AHE 贡献与实验电导率趋势进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 L10-Mn1.5Ga 的反常霍尔效应中，缺陷与声子和自旋波相比，对倾斜散射的贡献如何？
• RQ2 长程化学有序性的破坏在多大程度上抑制了本征反常霍尔电导率？
• RQ3 为何将传统的 AHE 标度定律应用于无序 L10-Mn1.5Ga 薄膜时，其指数会超出 2？
• RQ4 化学无序如何改变能带结构的拓扑，并影响本征 AHE 的贡献？
• RQ5 电子散射机制（缺陷与晶格激发）对整体 AHE 电阻率的相对影响是什么？

主要发现

• 缺陷是 L10-Mn1.5Ga 反常霍尔效应中倾斜散射的主要来源，其贡献显著超过声子和自旋波。
• 长程化学有序性的抑制强烈降低了本征 AHE 电导率，这是由于电子能带结构拓扑的改变。
• 传统标度定律无法准确描述无序薄膜中的 AHE 数据，因为其忽略了缺陷在倾斜散射中的主导作用。
• 标度拟合中观察到的指数 n > 2 是由于忽略了缺陷驱动的倾斜散射，而非源于本征机制。
• 化学无序导致本征 AHE 贡献明显降低，表明结构有序性与拓扑电子性质之间存在直接关联。
• 弱局域化效应对倾斜散射的影响微乎其微，证实了缺陷引起的电子散射是该体系中的主要机制。