反铁磁FePt1-xRhx薄膜中的各向异性电输运特性

Antiferromgnetic anisotropic magnetoresistant (AFM-AMR) effect is of great importance for both applications and fundamental study. FePt1-xRhx alloy, whose crystal symmetry, magnetic structure, and phase transition type and temperature can be manipulated by its components and chemical order, offers an ideal material system for the study of AFM-AMR effects. In this project, AFM-AMR effects in FePt1-xRhx antiferromagnetic thin films will be studied. The effects of components, crystal structure, type of phase transition, and chemical order on the AFM-AMR of the films will be studied and the related mechanism will be investigated. For AFM-AMR, the direction of AFM spin axis is very important. In this study, how external magnetic or electric field, type of phase transition and crystalline anisotropy affect the orientation of AFM spin axis will also be investigated. By separating AMRs with different origins, the crystalline-AMR and noncrystalline-AMR will be investigated separately using both experimental and theoretical methods to explore the behind physics of them. Based on the studies above, the synergistic effects of AMRs of different origins will be investigated to explore methods and materials for the further enhancement of AFM-AMR effect.

研究反铁磁各向异性输运特性具有科学研究和实际应用两方面的意义。FePt1-xRhx 合金室温下为反铁磁，且其晶体对称性、磁结构、相变类型及温度都受成分以及有序度等因数调控，是研究反铁磁各向异性磁电阻（AFM-AMR）效应很好的材料体系。本课题将对FePt1-xRhx合金薄膜中的AFM-AMR效应展开以下研究：1）研究成分、结构、相变类型、以及无序度等因素对薄膜AFM-AMR效应的影响及相关机制；2）研究磁场、电场、相变类型以及晶体各向异性等因数对反铁磁自旋轴取向的影响，探索调控反铁磁自旋轴向的方法与机制；3）对磁晶AFM-AMR和非磁晶AFM-AMR机制进行研究与探讨，弄清其物理本质以及调控手段；4）在以上研究的基础上，研究不同机制各向异性磁电阻的协同作用，探索进一步提AFM-AMR效应的方法以及相关材料。

项目对FePtxRhx1-x系列合金以反铁磁中的相变以及各向异性电输运特性进行了研究，同时还对相似结构的Fe1-δMnδRh以及Mn50-xFexRh系列反铁磁薄膜中的相变特性以及各向异性输运特性进行了研究，研究取得了如下进展：1)外延制备出多个体系的高质量反铁磁合金外延薄膜，以及反铁磁绝缘薄膜如NiO、Cr2O3和MnF2; 2)发现成分可以调节FeRh1-xPtx外延薄膜的相变特性和AMR值，x=0.3时薄膜的室温反铁磁AMR是纯FeRh8倍以上; 3)实验和理论计算都证实成分和有序度的改变将引起Mn50-xFexRh50中铁磁与反铁磁相的竞争，并显著改变0相变类型，当x<10时，低温下为非共线反铁磁，具有各向异性输运特性，但AMR小于FeRh; 4)在Fe1-xMnxRh薄膜发现输运特性不仅受磁场调控还与电流与晶轴的夹角相关，具有晶体对称性相关的各向异性; 5)通过自旋霍尔磁电阻和平面霍尔相应的测量证实了反铁磁各向异性电阻与Neel矢量的关系; 6)在Mn1-δFeδRh薄膜的顺磁相中也观测到各向异性电输运特性, 然而该发现需要进一步证实。以上研究结果已达到预定的研究目标，研究过程中发现的一些新现象会在后续研究中进一步探索和求证。