Anomaler Hall-Effekt und Metall-Isolator-Übergang in zweidimensionalen InAs:Mn-Lochsystemen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	30 May 2016
Referee:	Prof. Dr. Dieter Weiss
Date of exam:	18 April 2016
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Keywords:	zweidimensionale Ladungsträgersysteme, InMnAS, Magnetotransport, 2DHG, Anomaler Hall Effekt, Metall-Isolator-Übergang, AHE, MIT
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	33739

Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem anomalen Hall-Effekt (AHE) und dem Metall-Isolator-Übergang (MIT) in zweidimensionalen InAs:Mn-Lochsystemen. Das untersuchte Material zeigt selbst bei tiefen Temperaturen paramagnetisches Verhalten und ist zusätzlich durch starke Lokalisierungseffekte geprägt. Damit gehört es im Umfeld des anomalen Hall-Effektes zu einer eher ungewöhnlichen ...

Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem anomalen Hall-Effekt (AHE) und dem Metall-Isolator-Übergang (MIT) in zweidimensionalen InAs:Mn-Lochsystemen. Das untersuchte Material zeigt selbst bei tiefen Temperaturen paramagnetisches Verhalten und ist zusätzlich durch starke Lokalisierungseffekte geprägt. Damit gehört es im Umfeld des anomalen Hall-Effektes zu einer eher ungewöhnlichen Materialklasse, zu der es nur wenige vergleichbare experimentelle und theoretische Arbeiten gibt. Ziel war es daher, durch systematische Messungen die experimentellen Grundlagen für die Beschreibung des AHE und MIT im Kontext niedrigdimensionalen Transports zu schaffen. Ein Hauptaugenmerk lag dabei auch auf den Auswirkungen des magnetfeldgetriebenen MIT auf den anomalen Hall-Beitrag. Die Proben zeigen einen starken Lokalisierungseffekt, der mit wachsender Mn-Konzentration zunimmt und zu unterschiedlichen Transporteigenschaften führt. Den Proben gemein ist ein äußerst ausgeprägter negativer Magnetowiderstand (NMR), der aufgrund der starken p-d-Austauschwechselwirkung zustande kommt und im Bilde gebundener magnetischer Polaronen beschrieben werden kann. Ein weiteres Hauptergebnis dieser Arbeit ist die Beobachtung eines prägnanten anomalen Hall-Widerstandes, der dem gewöhnlichen Hall-Effekt zunächst entgegengerichtet, d. h. negativ ist und mit zunehmendem Magnetfeld sein Vorzeichen wechselt. Durch Erhöhung der Mn-Konzentration oder Verdrängung von Ladungsträgern kann die Beitragshöhe enorm gesteigert werden. Die vorliegenden Messungen zeigen eine gute qualitative Übereinstimmung mit theoretischen Berechnungen, die den Vorzeichenwechsel als Ursache der zunehmenden Spinpolarisation der magnetischen Momente sehen. Der Vergleich mit Modellrechnungen verwandter Materialsysteme deutet auf der metallischen Seite des MIT die Dominanz des intrinsischen Mechanismus an.

Translation of the abstract (English)

This thesis deals with the anomalous Hall effect (AHE) and the metal insulator transition (MIT) in two dimensional InAs:Mn hole systems. The investigated material shows paramagnetic behavior even at low temperatures and is additionally characterized by strong localization effects. Thus, the material can be assigned to a rather unusual material class in the field of the anomalous Hall effect with ...

Translation of the abstract (English)

This thesis deals with the anomalous Hall effect (AHE) and the metal insulator transition (MIT) in two dimensional InAs:Mn hole systems. The investigated material shows paramagnetic behavior even at low temperatures and is additionally characterized by strong localization effects. Thus, the material can be assigned to a rather unusual material class in the field of the anomalous Hall effect with only few comparable experimental and theoretical work published. The aim of this study was therefore to provide experimental fundamentals to describe the AHE and MIT in the context of low dimensional transport by performing systematic measurements. We focused on the impact of the magnetic field induced MIT on the anomalous Hall contribution. The samples showed a strong localization effect, which is increasing with increasing Mn concentration and leads to a different transport behavior. Furthermore, our samples show a very strong negative magnetoresistance (NMR), which is caused by a strong p-d exchange interaction and can be described within the framework of bound magnetic polarons. A further important result of this work is the observation of a concise anomalous Hall resistance, which is negative and therefore opposite to the ordinary Hall effect. With increasing magnetic field strength the anomalous Hall resistance becomes positive. The contribution of the anomalous Hall resistance can be enhanced by increasing the Mn concentration or depletion of the charge carriers by means of an electric topgate. The measurements are in good agreement with theoretical calculations, which suggest the increasing spin polarization of the magnetic moments to be responsible for the sign change. The comparison with model calculations of related materials indicates that the intrinsic mechanism is the dominant effect on the metallic side of the MIT.

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