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具颗粒表面钴钯合金膜之霍尔效应

任盛源  孫國衡  江海邦  
【摘要】:对任何铁磁性薄膜而言,理论上均认为当膜厚(t_f)越小时,其霍尔效应灵敏度(Hall effect sensitivity;S_H)将越高;即S_H∝(1/t_f)。但由于受限于一般多晶(polycrystalline)薄膜之膜成长机制(film growth mechanism)的影响,我们会发现当t_f小于一临界值(t_c)时,前述公式中之反比关系将不成立。藉由岛状成长机制,当t_f=t_c时,大约可认定该膜是在临界联合(critical coalescence)状态。换言之,在t_ft_c时,各岛之间并未达实质联合,此将导致该膜的饱和磁化量(saturationmagnetization;Ms)大量地衰减。再由于S_H∝_H∝M_S,其中_H为霍尔电阻率(Hall resistivity),因此当tt_c时,S_H会随著t_f变小而快速趋于零。相反,当t_f略大于t_c(t_f≥t_c)时,该膜的表面系相对地十分粗糙。换言之,其表面仍具有许多颗粒状之峰顶,而至于底层则系实质上整体联通。在此情况下,M_S不至于降低许多,但由于表面粗糙将导致膜之电阻率(electrical resistivity.;)大幅提高,且一般而言_H∝~n,其中n=1至2;故结论是当t_f≌t_c时,S_H将会达一最大峰值。在本研究报告中我们以钴钯(Co_(100-x)Pd-x:x=85-45at.%)合金膜作为样品来验证以上有关铁磁性薄膜霍尔效应的论述。最后,从实用观点而言,最佳之钴钯膜样品为t_f=5.5nm之Co_(25)Pd_(75)膜,其S_H=20Ω/T,适用(线性)最大磁场范围=±226 Oe。

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