Size Effects under a Strong Magnetic Field: Hall Effect Induced by Electron-Surface Scattering on Thin Gold Films Deposited onto Mica Substrates under High Vacuum

Abstract

We report measurements of the Hall effect performed on 4 gold films evaporated onto mica substrates where the signal arises primarily from electron-surface scattering. The measurements were performed at low temperatures T (4 K < or = T < or = 50 K) under high magnetic field strengths B (1.5 T < or = B < or = 9 T), with B oriented perpendicular to the films.

Resistivity of thiol-modified gold thin films

“…Consistently, the sample fabrication process was fine tuned to assert the electron-surface scattering effect over the electron grain boundary scattering. One way to achieve this condition in gold thin films, is to deposit and anneal the samples at temperatures between 180 and 300°C [12][13][14]. Small variations in temperatures around these central values allow the production of samples with different surface topographies.…”

“…This can be achieved controlling the deposition and annealing temperature of the film [12][13][14]. In addition, this thermal process can be used to modify the surface topography, controlling the dimension and roughness of the surface terraces [17,18].…”

“…At room temperature, these mechanisms are: electron-phonons scattering, electron-grain boundary scattering and electron-surface scattering. One way to verify the influence of each one separately is to try to isolate or reduce the effect of the others, for example by changing the surface morphology or grain sizes in a thin film [11][12][13][14]. Since thiols will mainly affect the electron-surface scattering process [11], we need to diminish the electron-grain boundary scattering (electron-phonon scattering is already determined by the temperature).…”

Расчет Высокочастотной Электропроводности И Постоянной Холла Для Тонкой Металлической Пленки

“…5 приведено сравнение экспериментальных и теоретических зависимостей тангенса угла Холла от индукции магнитного поля для четырех пленок золота различной толщины: 185, 150, 93 и 69 nm при темпе-ратуре 50 K. Экспериментальные данные взяты из рабо-ты [15], а теоретические кривые рассчитаны по форму-лам (24)−(27). Удельное сопротивление золота и длина свободного пробега электронов при температуре 50 K были рассчитаны по формуле Блоха−Грюнайзена [16]:…”

“…Наблюдается различие в поведении теоретических и экспериментальных зависи-мостей, которое усиливается с увеличением индукции магнитного поля и уменьшением толщины пленки. Рас- хождение теоретических и экспериментальных зависи-мостей можно объяснить тем, что исследуемые в рабо-те [15] сплошные пленки имеют зернистую структуру, т. е. присутствует дополнительное рассеяние электронов на границах зерен, которое приводит к уменьшению проводимости с уменьшением толщины пленки. На рис.…”