纳米磁性金属–有机半导体颗粒薄膜的反常霍尔效应研究

Anomalous Hall effect (AHE) has attracted much attention due to its profound physical meaning and broad application prospects. In this project, in order to solve the problems in the AHE studies, including the unclear physical mechanism, the low sensitivity, and the low temperature stability, we intend to replace the commonly used insulator matrix with the organic semiconductors, preparing a new type of nano-magnetic metal-organic semiconductor granular films. By adjusting the organic semiconductor type, granular size and type, metal volume ratio and the thickness, we will study the electrical and magnetic properties of the materials, such as the resistivity, the magnetoresistance, the magnetization, as well as the normal and anomalous Hall coefficients. Then, we will explore the new spin-dependent transport properties, and reveal the physical mechanism of AHE. Besides, we will further improve the Hall coefficients, Hall resistivity, Hall sensitivity, and temperature stability of the granular films...This project has important scientific significance for expanding the scope of magnetic metal granular films and anomalous Hall effect, exploring new spin-dependent effects, and understanding the physical mechanism of the anomalous Hall effect. It will also enhance our realization on the transport properties of the nano architecture, and lay the foundation for the devices applications of AHE.

反常霍尔效应由于具有深刻的物理内涵和广阔的应用前景而受到广泛关注。为解决目前研究中反常霍尔效应机制不明确、灵敏度和温度稳定性较低等问题，本项目拟将有机半导体引入纳米磁性金属颗粒薄膜体系，替代被普遍使用的绝缘体母体，制备出新型的纳米磁性金属–有机半导体颗粒薄膜；通过对有机半导体类型、纳米金属颗粒的尺度和种类、金属体积比、厚度等的调节，研究材料的电阻率、磁电阻、磁化强度、正常和反常霍尔系数等电、磁性质，探索体系自旋输运相关的新性质，解明颗粒薄膜反常霍尔效应的物理机制；进一步提高材料的霍尔系数和霍尔电阻率，制备出具有较高灵敏度和温度稳定性的纳米磁性金属颗粒薄膜。.本课题的研究，对拓展纳米磁性金属颗粒薄膜和反常霍尔效应的材料体系、探索自旋相关的新效应、解明反常霍尔效应的物理机制等具有重要的科学意义，将进一步增进对纳米结构体系输运性质的了解与认识，并为反常霍尔效应在器件领域的应用奠定基础。

反常霍尔效应由于具有深刻的物理内涵和广阔的应用前景而受到广泛关注。为解决目前反常霍尔效应机理不明确、灵敏度和温度稳定性较低等问题，本项目将有机半导体材料作为母体引入磁性金属颗粒膜中，探索了不同制备技术在有机颗粒膜制备工艺中的适用性，实现了对小分子、聚合物等不同有机颗粒膜的可控制备。对金属/有机半导体颗粒膜的结构、成分、化合态、形貌、光学性质、电学性质、磁性、电化学性质等进行了测量，着重对体系的反常霍尔效应和磁电阻性质进行了研究。通过研究电输运机制与反常霍尔效应的关联、界面散射和弱局域效应对霍尔效应的影响、本征和非本征机制对反常霍尔效应的贡献等，深入探究了反常霍尔效应的物理机制。在此基础上，通过有针对性地调控颗粒膜的结构参数，优化了反常霍尔性能，使反常霍尔系数、温度稳定性、反常霍尔电阻率等关键指标得到大幅提升，反常霍尔系数达到9.9×10-8 Ω·cm/G，高于现有的无机颗粒膜体系，并在2 K~300 K温度范围内保持稳定，这为器件的应用奠定了基础。此外，探索了金属/有机半导体颗粒膜体系的自旋相关新性质，发现了各向异性磁电阻增强、反自旋阀效应、磁电阻反转效应等一系列新奇的物理效应。.本项目对拓展纳米磁性金属颗粒薄膜和反常霍尔效应的材料体系、探索自旋相关的新效应、解明反常霍尔效应的物理机制等具有重要的科学意义，增进了对纳米结构体系输运性质的了解与认识，并为反常霍尔效应在器件领域的应用奠定了基础。