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Item 鈷在矽(111)和鍺(111)表面與雙羧基紫精在銅(100)表面上的表面結構變化研究(2009) 蔡松麟; Sung-Lin Tsay此論文主要分為兩個部分，第一個部分的實驗，為鐵磁性物質鈷原子被蒸鍍在矽(111)-7×7與鍺(111)-c(2×8)表面上，隨不同加熱退火的溫度處理後，利用超高真空掃描穿隧顯微鏡(UHV-STM)與低能量電子繞射儀(LEED)來研究鈷島成長行為。第二個部分的實驗藉由電化學掃描穿隧顯微鏡(EC-STM)與循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)，研究有機分子雙羧基紫精 (Dicarboxylatic Viologens)在銅(100)與HOPG表面上隨著溶液偏壓而發生相變的行為。相變會因為外在環境的影響而發生，如同利用加熱退火使得鈷島産生結構的改變，與溶液在外加偏壓下驅使Violognes分子重新排列形成新的排列。 當鈷被蒸鍍在矽(111)-7×7與鍺(111)-c(2×8)表面上，在鈷鍍量低時，表面上出現因為鈷矽與鈷鍺形成合金時所出現的缺陷，為了確認這些缺陷的確是因為鈷與矽形成反應，把鈷鍍在低溫的矽表面，在回溫過程時發現當鈷與矽形成反應時造成缺陷的出現，此反應出現在126K到130K之間。600K的加熱退火之後，會出現Co5Ge7的合金，另外鈷在鍺上有機會形成具有√13×√13 R14°週期性的表面結構，但是出現機率小，所以此結構的週期在LEED上沒有呈現出來，之前也沒有任何的研究發現。當鈷與矽或與鍺形成反應後所呈現的磁性強度遠比單純鈷還來得小，所以銀被選為緩衝層避免鈷與底下的基底反應。在鈷鍍量低時，鈷無法形成2維並且具有週期性的結構在矽(111)-√3×√3表面上，然而鈷能夠形成√13×√13 R14°與2×2的表面結構在鍺(111)-√3×√3表面上在經過加熱退火的處理後。只有當鈷鍍量大於1.8單層之後，才有辨法形成1×1的表面結構在銀/矽(111)-√3×√3表面上。因為銀/矽(111)-√3×√3面具有未滿足的電子態，所以使得鈷在低鍍量時，無法形成具有週期的表面結構，鈷傾向滿足那些未滿足的電子態來降低表面自由能而不是形成2維島，但是當鍍量增加時，鈷不受到那些未滿足的電子態的影響而形成1×1的表面結構，除此之外基底鍺也扮演著重要的角色使得鈷能夠形成具有表面結構的2維島，因為同樣是√13×√13 R14°的表面結構能夠在Si(111)-7×7與矽(111)-√3×√3表面形成，進一步發現√13×√13 R14°與2×2的表面結構跟加熱退火的溫度和鈷的鍍量有關係造成兩種結構的相變。為了避免因為銀/矽(111)-√3×√3表面上的未滿足電子態而使得鈷無法形成具有週期性的2維鈷島，約6單層鍍量的銀鍍在100K的矽(111)-7×7表面上，再經過加熱退火至300oC後，銀能夠形成平坦的表面在矽(111)-7×7表面之上，然後再鍍上鈷，發現依然無法形成具有週期性的2維鈷島，所以是否能夠形成具有週期性的2維鈷島主要是受到鍺基底的影響。 濃度0.1mM的雙羧基紫精在銅(100)表面上發現6種排列的模式，雙羧基紫精在氧化態(+2)時程現出平均分佈的點陣排列與傾斜的排列，在此氧化態時雙羧基紫精的含氮雙芽基平面平行表面，因為+2的氧化態與基底陰離子層氯/銅(100)-c(2×2)之間的作用比分子之間還來得強，在還原態(+1)時分子之間傾向以面對面的方式排列( )形成條紋的圖案，主要發現了亞穩態與鬆散的條紋排列和緊密的條紋排列與雙分子排列，這麼多的排列方式主要是因為此雙羧基紫精具有7個長度的烷基鍵，因此在空間與分子之間作用力的影響下造成了多樣的排列。更進一步發現雙層的堆積在亞穩態時就已經形成了，這是因為氮與氧之間的氫鍵作用力所造成的，所以當溶液濃度升高至1.0 mM時，分子多層堆積的成長被發現，此外也發現了不同陰離子層對分子的排列造成影響，當陰離子層為氯離子時，可以發現然亞穩態，然而當陰離子層為溴時，並沒有發現此態。Item 鎳/鈷/鉑(111)及鈷/鎳/鉑(111)系統其結構與磁性性質之研究(2006) 何慧瑩; Huei-Ying Ho本研究論文主要是利用歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy; AES)，低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction; LEED)，紫外光能譜術(ultra-violet photoemission spectroscopy; UPS)、以及磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect; MOKE) 來研究Ni/Co/Pt(111) 及Co/Ni/Pt(111) 鏡像系統其成長模式、合金形成及表面磁性的關係。 根據LEED(0,0)光束強度及AES訊號強度隨蒸鍍時間變化的關係，我們得知在室溫條件下，無論是Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 上成長(ML: monolayer)，或者是Co超薄膜在1 ML Ni/Pt(111)上成長時，都會先形成2層的層狀成長之後才開始3維的島狀成長。對此二系統而言，其升溫形成合金的過程都可被分成2階段，首先是升溫過程中，Co和Ni會先混合，然後Ni-Co混合層在更高溫時會擴散進入Pt基底，形成Ni-Co-Pt合金。其中，1-3 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統開始產生Ni與Co混合的溫度皆為420 K，此溫度與Ni覆蓋層的厚度無關；然而對1-3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111) 系統而言，產生Ni與Co混合的溫度隨Co覆蓋層的厚度增加而升高。此二系統的Ni-Co混合層開始擴散進入Pt基底形成Ni-Co-Pt合金的溫度，皆隨著覆蓋層的厚度增加而升高。 我們同時也量測在室溫成長時，其磁性隨覆蓋層厚度變化的關係。1層至24層Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 成長時，其磁化易軸(the easy axis of the magnetization)會在垂直樣品表面的方向，具有很強的垂直磁異向性(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)；1至3層Co原子層蒸鍍在1 ML Ni/Pt(111)上，無論是垂直或者是平行樣品表面我們皆量測不到磁滯的訊號，此現象可能與Ni緩衝層阻隔了Co與Pt接觸有關。樣品經過升溫效應所產生的磁性變化其擴散過程一致。經過高溫處理過後的樣品形成了Ni-Co-Pt合金，合金的矯頑力(coercivity)大小可經由升溫時產生的合金濃度變化來控制。 根據比較1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)與1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的實驗結果，我們發現當退火溫度(annealing temperature)介於750 K 和780 K之間時，表面合金結構會由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3，藉由計算接近居禮溫度(Curie temperature)時的值(critical exponent)，我們得知此時表面的磁性結構亦由2維磁性結構的轉變成3維磁性結構，並且，在表面合金結構由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3之時，居禮溫度隨退火溫度升高而下降的現象變得更明顯。此外，在相同退火溫度條件下，1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的居禮溫度一直比1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)系統的居禮溫度高，我們認為這種現象與Ni、Co的成分比有關。我們也經由研究2 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、2 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)、12 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、以及24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)等系統來探討Ni、Co的成分比對居禮溫度的影響。 另一組鏡像系統，2 ML Ni/2 ML Co/Pt(111)和2 ML Co/2 ML Ni/Pt(111)，經過退火之後，我們意外地發現樣品產生了spin reorientation transition (SRT)，這種現象在以1層Co及1層Ni當作緩衝層的系統中，完全沒有被發現過。我們認為Ni、Co的成分比及其分佈的均勻度應是造成此現象的重要因素，在本論文中我們會加以討論。Item 製作反鐵磁性的氧化鈷在鈷/矽(111)超薄膜上之交換偏移作用研究(2009) 莊家翔; Chiashain Chuang交換偏移作用在半導體上的想法已經被初步的完成。為了完成這個想法，鐵磁性的元素-鈷，被覆蓋於半導體中最具代表性的元素-矽晶面上。研究交換偏移作用在半導體上的第一步驟是製作反鐵磁性的超薄氧化鈷膜。在此文獻中，有三種方法被用在製作反鐵磁性的超薄氧化鈷膜。它們分別是「在常溫下以氧壓下鍍鈷的方式製作超薄反鐵磁氧化鈷膜於11 ML 鈷/矽(111)上」、「在常溫下曝氧於鈷/矽(111)上」和「在常溫下以氧壓下鍍鈷的方式製作超薄反鐵磁氧化鈷膜於已曝氧4000 L達飽和的11 ML 鈷/矽(111)上」。 在第一個方法中，不論是縱向和垂直方向的磁光柯爾效應，其阻隔溫度和交換偏向場都不遵守有限尺寸效應。這實驗結果顯示超薄反鐵磁性的氧化鈷膜或超薄鐵磁性的鈷膜中，可能有某種形式的奈米結構。 在第二個方法中，我們得到一個指數上升的方程式，藉由這個方程式我們可以預測鈷矽化合物(CoSi2)的混合層數。在5在15的鈷原子層中，從AES強度氧鈷比飽和的強度變化換轉成氧的吸附層數，我們可以用一個指數上升的方程式曲線來近似這些數據。這個方程式可寫成IO = (IO)0 {exp[(tCo-t0)/D]-1}，其中(IO)0 = 0.41是氧的吸附比；t0 = 2.16 ML是鈷矽化合物(CoSi2)的混合層數；D = 6.98 ML是氧的平均擴散深度。 在最後的方法中，介於鐵磁層鈷與反鐵層氧化鈷介面的氧中，形成氧阻隔層，它會降低鐵磁層鈷與反鐵層氧化鈷的交換作用。另一方面此氧阻隔層也降低反鐵層氧化鈷的形成效率。 吾人提出三項重要的建議，它們分別是「零場冷卻過程」、「交換偏移磁性相圖」和「研究超薄反鐵磁層氧化鈷的表面形貌」。未來這三項建議若被實驗執行時，這可使我們交換偏移作用在半導體上的初步研究提升為交換偏移作用在半導體上的研究基石。Item 鈷在鉑上形成超尖磁性奈米針尖之研究(2009) 江佳倫; Chia-lun, Chiang我們利用場離子顯微鏡在超高真空的環境中觀察兩種磁性奈米針尖的成長，一種是利用表面皺化機制形成的鈷鉑合金金字塔形奈米針尖；另一種是藉由鈷在鉑(111)面的S. K. mode長成以鉑為基底的鈷奈米針尖。前者針尖生長於皺化形成的鈷鉑合金多面體之稜線交接處，分別位於{531}及{210}切面，{531}切面的金字塔是由擴張的{111}、{110}、{311}切面堆積，{210}切面的金字塔則由擴張的{110}及兩個{311}切面組成。而後者針尖是在室溫及20K時鍍鈷4～5ML於鉑(111)面，鈷原子先依鉑基底以FCC結構排列，再於其上堆積單顆、雙顆或三顆原子團，這些在鉑(111)面成長的鈷原子團即是一種無特定針形的奈米針尖。Item 利用掃瞄探針顯微鏡探測鈷、鎳及鈷鎳複合奈米粒子(2009) 許靜淑; Shiu jing-shu摘要 本實驗目的在利用原子力顯微鏡(Atomic force Microscopy，AFM)及磁力顯微鏡(Magnetic force Microscopy，MFM)掃瞄Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子的表面形貌與磁區觀察; Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子由台北科技大學所研發的改良式真空潛弧法(Arc-Submerged Nanoparticle Synthesis System，ASNSS)製備，並經由乙二醇溶液保存著。筆者採取兩種不同的外加磁場方法，觀察奈米粒子在不同外加磁場方法下的AFM與MFM之表面形貌與磁區變化行為;接著利用原子力顯微鏡與磁力顯微鏡本身內建軟體，分析奈米粒子的Contrast difference of MFM signal。 利用磁力顯微鏡大氣系統在觀測上的優勢是:易於操作(不需抽真空)、解析度高，可看到樣品的表面形貌與最想觀測的磁區變化，搭配分析軟體可做Contrast difference of MFM signal的測量，並繼續利用Origin軟體作圖分析……等等。但是缺點在於真空度不佳，對於樣品表面的乾淨度不易維持，所以欲達到原子層級解析有困難，並且MFM的磁針只有三個月的壽命，必須趁探針尚有磁性的時候趕快測量，否則時間一過，就沒辦法量測出MFM圖形。另外，在掃MFM時容易遇到MFM模式常常掃不到磁區的情況，原因歸於有時候樣品的磁性變化不是那麼明顯，或是探針的磁性已經消磁等等。這是做實驗上遇到的最大困難度。此外，實驗上做Hemholtz線圈邊加磁場邊掃會容易受到磁場history的影響，也是實驗上會遇到的問題。 實驗結果顯示，排除MFM有時候不能掃到理想磁區的限制之外，磁力顯微鏡協助我們觀察Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子在不同外加磁場方式下所呈現的結果，的確對我們不同的樣品量測MFM的優良與否判斷有其貢獻。結果發現，Co奈米粒子的MFM磁區最容易觀察，反之，Co+Ni奈米粒子最不容易觀察，Ni奈米粒子居於中間。Item Co/Fe/Pt(111)的磁性研究(2007) 何淙潤我們利用表面磁光柯爾效應儀(SMOKE)探測鐵超薄膜在純白金以及鈷超薄膜在鐵與白金所形成的磁性基底上磁性隨著薄膜厚度的變化。 Fe在Pt(111)上的成長，其磁性和薄膜厚度的關係受外加磁場的大小影響而有所不同，利用小磁場可以測得磁化易軸位於in plane方向，隨層數增加到3 ML也是。1 ML Fe/Pt(111)經退火效應後在室溫測量磁滯訊號，發現只有在Longitudinal方向有值，當退火溫度到600 K～650 K時，有SRT發生，800 K時磁滯曲線消失。低溫成長的1 ML Fe/Pt(111)樣品，有垂直異向性（PMA）現象發生，磁化易軸在out of plane方向上。 dCo/1 ML Fe/Pt(111)樣品的磁性探測，隨Co原子的層數增加，其L-MOKE在柯爾訊號和矯頑磁場都會有增強的現象，當蓋上1 ML Co時，有增強P-MOKE的柯爾訊號，隨Co原子層數增加到2 ML以上，P-MOKE消失。分別在1～3 ML Fe/Pt(111)樣品上鍍上1 ML Co原子，發現都有P-MOKE及L-MOKE柯爾訊號增強的情況。 1 ML Co/1 ML Fe/Pt(111)樣品退火處理後，在溫度為400 K上以，原本存在的P-MOKE柯爾訊號消失；溫度在400 K～500 K之間，磁滯曲線沒有明顯的變動，當溫度到達650 K以上，垂直異向性增強，而磁化易軸轉成out of plane，產生SRT現象。 經由以上鐵，鈷薄膜在不同基底的磁性探討，和實驗室之前的研究統整，希望將來能夠把鐵磁性物質在白金上的磁性與結構變化做個完整的探究。Item 鈷原子團在 根號三乘根號三-銀/矽(111)面上聚集分布的研究(2004) 高執貴本文是將鈷蒸鍍在 根號三乘根號三-銀/矽(111)面上，我們利用掃描穿隧顯微儀（STM）來研究鈷在銀所產生的根號三島上聚集與分布趨勢，在不同鍍量與不同溫度下，都出現了特別的現象。 我們分別改蒸鍍了0.9、1.35、1.8、2.25 ML的鈷，發現鈷有往邊緣堆積與鏈狀排列的趨勢，原因是根號三島上有某些區域的電子密度與空域密度特別高而造成鈷聚集。 接著改變不同的溫度，將蒸鍍1.8 ML的樣品加熱處理室溫～ 400 ℃，再降回室溫掃描。經加熱處理100 ℃後，鈷原子團邊緣堆積減少，而且整個根號三島上原子團也明顯變少，推測是鈷與銀相互交換造成。再加熱處理200 ～ 400℃，鈷原子團移動漸漸趨於平衡。 我們在升溫的過程中也發現了一些比較特殊的結構，例如根號三島上有一些突起的島，計算其高度，約是鈷一個單層的高度，研判是鈷鑽入所造成的隆起。我們也發現一些規則排列的三角結構，計算其原子間距，研判不是單純鈷、銀或矽的堆積，由於鈷銀不會有化學反應，也不是鈷銀化合物的堆積，推論應該是鈷矽化合物所產生的堆積。