學位論文

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Subject: search.filters.subject.Ferromagnetic resonance

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    基於網路分析儀之鐵磁共振儀的建製及磁性多層膜高頻共振性質研究
    (2010) 賴韋辰; Wei-Chen Lai
    Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida (RKKY) 等磁層耦合現象在巨磁阻效應(GMR)之中扮演了重要的角色，而這個現象的發現奠定了近代自旋電子學的發展。當系統的自由能己知，用來描述自旋電子動力學的Landau-Lifshitz-Gilbert方程可得到許多關於此系統的訊息。例如：耦合系數﹑阻尼系數﹑鬆弛時間,晶格場以及磁異向係數等等。了解這些係數，不但可以幫助我們探究其原理更可以獲得操控自旋電子，發展自旋電子技術更多的靈感。 鐵磁共振技術在量測這些參數上，是強而有力的工具。 為了研究 Py/Ru/Py 磁性三層膜，我們使用了向量網路分析儀建製了一套鐵磁共振儀。由於向量網路分析儀的特性以及在 X-band下高Q值的共振腔，不需使用傳統鐵磁共振儀的調變相鎖放大技巧來獲得高敏感度。可以直接量測鐵磁共振吸收利用數值方法得到吸收的微分。若需要作別的微波波段的量測，也只需更換共振腔，不需改變硬體配置。 為了成長所需樣品，我們建造了一套具有四支磁控濺鍍槍的超高真空濺鍍系統。此系統具有穩定而低的鍍率，是故樣品的膜厚可達到原子的尺度。我們也翻新了一台振動樣品磁量儀用以量測樣品的飽和磁化，這個性質我們無法藉由鐵磁共振的結果來獲得。 我們備製了一系列的 Py20nm/Rut/Py20nm 樣品 t 的範圍從0.4nm 到 3nm。角度解析的鐵磁共振資料顯示了三層膜的RKKY磁層耦合現象，耦合常數隨著膜厚成振盪的變化。這樣的結果也可以由磁阻量測以及振動樣品磁量儀的結果獲得印證。
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    鐵磁共振量測的訊噪比技術提升研究
    (2015) 陳含章; Han-Zhang Chen
    中文摘要 磁性材料的鐵磁共振量測是研究自旋動力特性的一大利器，其原理非簡單，可是商用的共振量測儀非常昂貴，數年前本實驗室成功開發出一臺以網路分折儀(Vector-Network Analyzer; VNA)為基礎的鐵磁共振儀(Ferromagnetic Resonance Spectrometer;FMR)，然而它的數據擷取速度與靈敏度都有許多改善空間。因此本論文主要用不同的量測方法與技術來探討鐵磁共振儀的訊噪比(signal-to-noise ratio;SNR)表現，期望找出最佳的儀器量測參數。 VNA-FMR量測速度較慢的主因是VNA內部的數據平均處理慢，每點作十次平均約需0.5 秒，一千點的頻譜便要8分鐘左右，若樣品的訊號較弱則所需的時間更長，數個角度的FMR量測會使電磁鐵過熱而終止實驗。為了加快FMR的量測速度，我們跳過了VNA內部的訊號處理，這時VNA只作為一台提供X-band微波波源的機器，微波經由環路器注入共振腔，經樣品反射再由環路器的另一端進入微波偵測器，擷取偵測器的輸出訊號與外磁場的變化關係便得到FMR頻譜，這時增加了量測速度但犧牲了靈敏度，因此我們再加入調變磁場－鎖相放大技術來提升其靈敏度。由於渦电流(Eddy current)的影響，共振腔內磁場隨調變頻率(fm)增加而遞減，因此在fm =3 kHz時訊噪比表現最佳，這時調變磁場約為5.5高斯。在時間常數tc = 100 ms時，10nm Py的FMR訊噪比高於300，這高於使用VNA-FMR和沒有鎖相法直接測量的結果。若要再增強SNR，需要提高調變磁場到10-20高斯間，因此渦电流的問題需要解决才能達成。 FMR現象可用Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式來描述，從其解與實驗數據的分析可得到如磁異向性常數、耦合因子、阻尼常數等重要磁性特徵參數，本論文也編寫Matlab程式碼來找出坡莫合金(Permalloy)薄膜的磁性特徵參數。