低温下电子退相干本征行为的研究

本项目通过对低温下纯金准三维体系电子退相干行为的研究，探索在近绝对零度时影响电子退相干的主要因素和本征因素。电子在极低温下的退相干行为一直以来是凝聚态物理理论研究和实验探索的基本问题之一。以往的研究主要集中在一维、二维或者合金体系，这些体系不可避免的带来界面、表面和动态缺陷散射等不确定因素的影响，对准三维纯金体系的研究，有望获得更加明确可靠的信息。应用自制的补偿电桥平衡电路可以实现对准三维体系微弱电磁阻变化信号的研究，通过改变维度、无序度和磁杂质浓度，对影响电子退相干的电声、电子电子、自旋自旋、自旋轨道相互作用进行系统的研究，进而获得低温下电子退相干的本征行为。

电子在极低温下受到自旋轨道散射，电子电子非弹性散射，电子自旋散射等相互作用引起退相干。本项目对影响电子输运行为的本征和外在因素进行了系统的分析和探讨，主要结论有以下三个方面。1）通过对大范围的金膜（10nm~1000nm）室温300k至低温1.8k的经典磁阻行为进行分析发现。金膜的磁阻行为偏离传统的Kohler律，考虑颗粒晶界散射的不均匀性，应用一个简单的电阻网络模型，我们对不同厚度金膜Kohler比值随温度的变化曲线进行了很好的拟合。研究认为来自颗粒晶界散射的不均匀性是经典磁阻的起源和背离Kohler律的主要原因。2）在薄膜极低温下的磁阻研究中，我们发现了自旋轨道散射引起的正磁阻随温度的反常依赖关系。通过比较分析不同来源和Fe原子轰击掺杂样品的低温行为，发现磁性杂质的污染不能很好的解释这一现象。仔细分析非弹性散射时间和自旋轨道散射时间随温度的变化规律，我们认为两者在低温下不同的变化趋势导致这一现象的出现，极低温下电子表面散射引起的退相干是正磁阻减小的可能原因。3）在分析不同厚度金膜，磁场平行与膜面时的磁阻行为时发现，薄膜时（4nm），无论磁场方向垂直于电流方向还是平行于电流方向，磁阻曲线各向同性。但是对于稍厚的薄膜（8nm）磁阻曲线各向异性。薄膜生长的多晶颗粒性使得这一各向异性不是由于晶格的面内各向异性引起。磁场垂直于电流方向时产生的洛伦兹力可能是这一各向异性产生的原因。具体的定性分析还有待于理论的进一步完善。