學位論文
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Item 鐵鈀合金薄膜在氫化效應下旋轉磁異向性(2021) 廖黎杰; Liaw, Li-Jie近年來鈀金屬相關的固態材料在氫化效應下進行了廣泛的研究。與本實驗以前專注在CoxPd100-x合金不同，研究中我們著重於研究FexPd100-x合金薄膜的磁性行為，因為FexPd100-x合金這項固態材料對於氫原子的儲存時間更長，能進行更多的研究和應用。材料製成方面選擇為藍寶石基板在超高真空下利用電子束熱蒸鍍完成，在確認不同比例FexPd100-x合金薄膜下利用原子力顯微儀(AFM) 確認鐵鈀兩種鍍源的鍍率，依照不同鍍率的選定改變不同參數製備不同比例FexPd100-x合金薄膜。 我們利用磁光科爾效應（MOKE）量測了各種比例的FexPd100-x合金薄膜磁性，確認了不同比例FexPd100-x合金後在真空中以及在1 bar氫氣壓力下測量磁滯曲線以進行比較。實驗結果觀察到氫化效應不僅改變了矯頑力，此落差最大來到1.3 (Oe)，甚至改變了磁異向性，氫化效應前後旋轉了磁易軸約60度，同時還確認了氫原子從FexPd100-x合金膜中的解吸時間，儲存的時間高於20小時。並且利用X射線繞射儀(XRD)確認FexPd100-x合金與藍寶石基板的晶格結構關係。這些結果對於我們弄清楚FexPd100-x合金薄膜中氫原子與磁化強度之間的關係非常重要，並將成為未來的工業上應用提供參考。Item 磁性薄膜之表面形貌與磁性行為(2012) 何宗穎本論文主要探討磁性膜薄的表面形貌與磁性行為之間的關係。實驗架構總共可分成三部分：(1)高定向熱解石墨基板系統(2)三氧化二鋁(藍寶石基板)系統(3)矽(111)基板系統。 高定向熱解石墨基板系統中，利用氬離子轟擊基板，造成基板表面形成缺陷，藉由掃描穿隧式電子顯微鏡觀察鈷原子在平坦的高定性熱解石墨基板上的表面形貌，鈷原子成核的尺寸較表面缺陷的高定性熱解石墨基板上來的大，換句話說，鈷原子成核分佈在表面缺陷的基板上的密度較高。由歐傑電子能譜儀的分析結果可以間接顯示出基板的表面缺陷會使鈷原子成核分佈的更均勻。在磁性方面，利用平行與垂直方向的磁光科爾效應來觀察兩種不同基板的磁性行為。在平坦的基板，鈷薄膜的易軸為平行磁化方向；特別的是，在表面缺陷的基板，鈷薄膜在水平與垂直方向皆可量測到柯爾訊號。經過測試發現易軸為斜向的磁化方向，在厚度達到60ML時仍可以測得。 三氧化二鋁(0001)系統中，利用斜角鍍磁性薄膜(鐵)的方式，造成單軸的磁異向能產生，藉由掃描穿隧式電子顯微鏡觀察在鍍膜角度為0°時，表層鈀原子成核形狀具有三重對稱性；在鍍膜角度為45°與65°時，鈀表面由數奈米大小的顆粒組成。在磁性方面，鍍膜角度為0°時，各個方向角(∅)所量測到的磁滯曲線都是呈現方形的形狀；在鍍膜角度為45°與65°時，產生單軸的磁異向性，易軸方向：沿著方位角∅=0°；難軸方向：沿著方位角∅=90°。 矽(111)基板系統中，我們再一次做了斜角鍍磁性薄膜的實驗，結果與在藍寶石基板中的結果相符。透過改變不同的合金介面層材料(鐵、鎳、鈀)，可以觀察到不同的磁性行為，鐵薄膜在鐵-矽合金介面上的矯頑磁力(Hc=130 Oe)大於在鈀-矽合金介面(Hc=50 Oe)與鐵/矽(111)(Hc=50 Oe)。Item 高定向性熱解石墨表面缺陷誘發鈷及鐵薄膜斜向磁化行為(2011) 黃雅筠; Ya-Yun Huang本論文利用氬離子濺射高定向性熱解石墨基板，探討基板表面缺陷對鈷薄膜的成長與磁性的影響。利用掃描式穿隧顯微鏡觀察鈷原子在較平坦基板上小區域的表面形貌，鈷原子有向台階邊緣聚集、生成薄膜的傾向，而鈷薄膜的厚度隨著距臺階邊緣的距離減少而增加。歐傑電子能譜儀定量分析的結果，間接顯示出基板的缺陷會使鈷原子在平台上更均勻的成核、形成較均勻分佈的鈷顆粒薄膜。在磁性方面，我們利用垂直以及平行方向的磁光科爾效應來觀察缺陷對其的影響。在較平整的基板表面，鈷薄膜的易軸為平行磁化方向；然而，基板缺陷上生成的鈷薄膜在垂直及平行方向皆可測得柯爾訊號。經測試發現這個易軸為斜向的磁化方向，在厚度達到60 ML時仍可測得。代表基板表面的缺陷不只影響介面附近的成核行為，更影響之後薄膜成長的行為。為了更進一步探討，我們將鍍源換成鐵，觀察基板表面缺陷對鐵薄膜的磁性影響。在較平整的基板表面，鐵薄膜的易軸為平行磁化方向；基板缺陷上生成的鐵薄膜易軸方向呈現斜向磁化行為，其矯頑場有隨著鐵薄膜厚度增加而增加的趨勢。但鐵薄膜厚度為26 ML時，磁化方向會倒下、躺在平行磁化方向。基板表面缺陷除了誘發斜向磁化行為的發生之外，也影響了測得磁滯曲線的初始厚度。其生成的鈷及鐵薄膜所測得具磁性的初始厚度皆較平整的基板表面的薄。Item Item AES系統架設及Co/W(111)之磁性量測(2010) 莊孟勳; Meng-Hsun Chuang在本篇論文裡面可以分成兩部分。第一部份是關於師大歐傑電子掃瞄儀的架設(Auger Electron Spectroscopy，AES)，主要是介紹自製能量分析儀控制器、電子槍控制器的介紹以及在校調能譜儀的一些經過。我們根據能量分析儀以及點子槍的電位需求，利用整流模組、高壓模組以及電阻、電容自製了AES系統周邊的一些電子元件，也藉由之後的量測顯示這些控制器運作非常良好。在量測的部分，我們藉由樣品做的下緣去切電子束的方式，估計電子束的聚焦直經約為1.8mm。我們找到了在真空中AES系統的最佳量測位置為(x,y,z)=(48mm , 25mm , 178.5mm)，而且還發現樣品訊號對於距離歐傑電子掃瞄儀洞口的垂直距離相當的敏感，可以在2mm之內減少75\%的訊號強度。\\ 第二部分是初期的工作，主要是利用磁光柯爾效應(Magnetic Optical Kerr Effect，MOKE)觀察Co/W(111)在不同薄膜厚度以及溫度的狀況下薄膜的磁性。我們嘗試的厚度有2、3、5、9 Physical Monolayer(1PML恰可剛好將晶格表面完全覆蓋，對W(111)而言相當於3個ps ML。ps ML全名為pseudo monolayer，1 ps ML的原子數量相當於形成晶體最表層平面所需的原子數量)、嘗試的溫度有尚未熱退火的100K，經過5分鐘300K熱退火之後的100K、200K、300K。我們發現Co在4 PML在100K熱退火前後以及200K、300K都可同時看到垂直以及水平的磁滯曲線。不過當厚度為3 PML以下時，在100K的時候還看的到垂直和水平磁滯曲線共存，不過當溫度大於200K的時候就只能看的到水平的磁滯曲線。Item Co/CoO/Ir(111)超薄膜之磁性研究(2007) 陳俊明本研究是在超高真空環境下於氧壓下鍍Co的方式將獲得的CoxO1-x蒸鍍在Ir(111)表面上，再於CoxO1-x/Ir(111)系統上鍍Co而形成Co/CoxO1-x超薄膜。以歐傑電子能譜儀與表面磁光柯爾效應儀對此超薄膜進行表面組成及磁性性質之分析，藉此一系列地研究探討不同氧壓下成長的CoxO1-x對Co磁性的影響。在經由歐傑電子能譜儀分析的CoxO1-x成長與深度組成，發現到其CoxO1-x薄膜在Ir(111)的表面上為O、Co、CoO的混合薄膜，而再經由表面磁光柯爾效應儀的測量，我們發縣矯頑力隨著溫度的下降至某一溫度後突然增加，其原因為CoxO1-x與Co介面間的交換耦合現象，使得鐵磁層的磁矩儲存一交換異向能，因此要讓磁矩翻轉需要更大的外加磁場，因此Hc值會突然增加。另外，在越大氧壓下成長的樣品薄膜其Hc值突然增加的溫度越低，這是因為CoxO1-x薄膜中的氧會往上擴散到Co薄膜中，而在氧壓越大時成長的CoxO1-x薄膜會有越多的O原子擴散到Co薄膜中，使得Co薄膜中的有效Co顆粒變小，所以我們必須將溫度降到更低交換偏移的效應才顯示出來。Item 以磁光科爾效應及鐵磁共振研究鈷鐵硼銅薄膜磁性行為(2013) 曾暄君; Hsuan-Chun,Tseng磁控式共濺鍍(Co40Fe40B20)1-xCux薄膜成長於SiO2/Si(100)基板上，總厚度40nm的薄膜x從0至44%，而50nm的則從0至68%；樣品的比例成份及縱深分佈分別用X射線光電子能譜及二次離子質譜來分析，薄膜樣品的表貌則使用原子力顯微鏡來檢測；樣品的磁性行為則是用MOKE與FMR來測量。40nm薄膜的表面平均粗糙度為0.4-1.7nm，銅比例在15-37%範圍間，粗糙度與晶粒大小隨銅比例增加而提高，當銅增加至44%時，粗糙度與晶粒尺寸開始下降；從X射線繞射(XRD)數據得知參雜銅於鈷鐵硼中具有非晶態結構，但當銅增加至66%時XRD在2θ=43.5°出現微弱Cu(111)訊號。 使用縱向磁光科爾儀量測磁滯曲線，發現參雜些微的銅在薄膜平面上出現磁異向性，並以鐵磁共振儀量測微波訊號下共振磁場位置，數據顯示磁易軸矯頑場(Hc)以及角度0°的共振磁場(Hres)皆隨著銅比例增加而降低，40nm銅比例從0升高至44%，Hc從106降低為37.5Oe，Hres從10.8降至7.5KOe，50nm銅從0增加至68%，Hc從105降低為13Oe，Hres從12.5降至5.5KOe，矯頑場降低的原因是銅比例增加使鐵磁物質含量變少，造成鐵磁物質間交換耦合變弱，這與共振磁場隨銅比例增加導致材料內鐵磁耦合減弱而降低的結果一致。 鈷鐵硼銅的阻尼常數，40nm薄膜阻尼常數介於0.010-0.019的範圍，50nm薄膜阻尼常數為0.008-0.017，比預期的阻尼常數相比有偏高的趨勢，推測是參雜銅造成薄膜不同區域地磁矩進動方向與頻率的不一致，導致阻尼常數提高。Item 超薄膜鈷/銥(111)的表面結構研究(2016) 王咸捷在Co/Ir(111)系統中，鈷薄膜在2至6個原子層之間，其平行方向的原子間距d//和垂直膜面上的原子間距d_⊥因應力影響有所變化，導致結構趨於破碎，最終超過8個原子層後產生超順磁的現象。石墨烯插層對於Co/Ir(111)系統影響很大，在鈷薄膜為1.33層以內是量測不到磁滯曲線，當鈷薄膜成長到2.66至3.99個原子層時，鈷薄膜受石墨烯介面影響呈現垂直磁化系統，但與Co/Ir(111)系統最大的不同在於，當鈷薄膜在大於3.99個層之後，未有超順磁現象產生，此時磁異向性由磁晶異向性改為形狀異向性主導，發生自旋取向相變(spin reorientation transition，SRT)，磁化的方向從極向轉至縱向。石墨烯插層經熱退火後，上層鈷薄膜會隨著溫度上升而往石墨烯下方移動，移動少量的鈷原子至石墨烯下層後，下層鈷薄膜因與基底銥、石墨烯兩者相互接觸，故磁性初始為極向方向，此時若鈷薄膜層數較大，即石墨烯上層的鈷薄膜厚度尚未低於4個原子層時，會出現交換偏移現象，若是低於4個原子層時，則整體薄膜皆為極向方向。