Browsing by Author "Lin, Wen-Chin"
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Item Co/FePS3與Pd/Mg/[Fe/Pd]n異質結構的磁性與功能性(2023) Alltrin Dhana Raja Gopal; Alltrin Dhana Raja Gopal在本論文中，我們首先研究鐵磁/二維反鐵磁材料(Co/FePS3)異質結構的介面磁耦合，這對於未來在自旋電子元件應用中至關重要。原子力顯微鏡揭露機械剝離法製備的FePS3薄膜表面存在約單層的缺陷。隨著Co層均勻地覆蓋於FePS3層，其表面粗糙度降至~ ±0.5 奈米。在磁特性方面，Pd/Co/FePS3異質結構表現出水平磁各向同性，並且當溫度從~85 K升高到~110-120 K時，磁矯頑力急劇降低<50%，這與FePS3的尼爾溫度相似。因此，該結果支持Co和 FePS3 薄膜之間界面磁耦合的想法。隨後，即使在高達 473 K的退火後，Co和 FePS3 薄膜之間的磁耦合仍然有效。此外，X射線磁圓二色性證實了沿平行於Co薄膜磁化的方向存在非補償Fe磁矩。淨Fe磁矩應該在調控水平異向性的Co薄膜和垂直異向性的FePS3層之間的磁耦合中發揮重要作用。 在接下來的研究中，我們探討氫氣對Mg/[Fe/Pd]x/Pd和[Fe/Pd]x/Pd多層薄膜的磁性響應。我們製備了不同Fe層厚度(0.1, 0.2, 0.4 nm)和不同週期的Fe/Pd多層薄膜，並利用磁光柯爾效應在大氣和氫氣環境下觀測樣品的磁特性。實驗結果顯示Fe/Pd多層膜在大氣和真空中表現出相同的磁特性。然而當樣品暴露於1巴的氫氣後磁矯頑力迅速下降，且在氫氣環境中保持穩定。即使樣品離開氫氣環境，此氫化效應仍可維持長達約1個小時，並且該效應對磁特性的影響是可逆的。此外，在真空和氫氣環境下皆可觀測到清晰的磁域翻轉影像，與磁滯曲線的變化相呼應。緊接著，我們使用氬氣對Mg/[Fe/Pd ]x/Pd多層膜表面轟擊，以產生微小的缺陷，使得薄膜相對於原始狀態具有更強的磁性響應。Item Effect of grain size on dielectric and ferroelectric properties of nanostructured Ba0.8Sr0.2TiO3 ceramics(2015-01-31) Mudinepalli, Venkata R; Feng, Leng; Lin, Wen-Chin; Murty, B. SAbstract Barium strontium titanate (Ba0.8Sr0.2TiO3, BST) nanocrystalline ceramics have been synthesized by high energy ball milling. As the sintering temperature increases from 1200 °C to 1350 °C, the average grain size of BST ceramics increases from 86 nm to 123 nm. The X-ray diffraction (XRD) studies show that these ceramics are tetragonal. The phase and grain size of the sintered pellets have been estimated from the XRD patterns, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images. The effect of grain size on dielectric and ferroelectric properties is studied. The dielectric and piezoelectric parameters are greatly improved at room temperature with increase in grain size. The Curie transition temperature is found to shift slightly towards higher temperatures as the grain increases from 86 nm to 123 nm. The coercive field decreases and the remnant polarization and spontaneous polarization increase as the grain size of BST nano ceramics increases. These ceramics are promising materials for tunable capacitor device applications.Item 不同水母素濃度生物絕對發光之量測(2016) 東暉舜; Azuma Terumitsu1962年，當下村脩博士正在收拾準備離開實驗室時，他把實驗所留下之水母菁華液倒進水槽裡並且把燈關掉時並回頭一看，竟看見水槽發出明亮藍光。因這個無意中的發現，下村脩博士開始研究水母發光之機制，終於發現維多利亞管水母(Aequorea Victoria)發光方式為藉由水母素與海水中之鈣離子結合，再與空氣中之氧氣反應而發出藍光。 由於水母素對於鈣離子(Calcium Ion)之感受性很高，所以被應用於許多領域，例如生物科技、醫療、臨床檢查、環境測試、食品檢查等。日本Chisso公司曾經使用水母素來研發一種免疫學的測定法(Immunoassay)，將來也將應用於癌症、腫瘤標誌物之臨床檢查。 我們生活在日新月步之先端科技時代當中，螢火蟲、水母素等之生化研究也已由一些科學家們從五十年前就一點一滴地開始實驗研發，但研發當中有發現了許多之疑問與問題，本人也有發現疑問點，希望透過實驗與理論來討論與修改，並能有更準確的論文來公諸於世間。 1959年根據，謝利格爾(Seliger)、麥克爾羅伊(Mcelroy)的研究報告，北美產的螢火蟲的發光量子產率已被報導為88 ± 25 %，中指出，因產生外消旋化(Rasemate)的可能性很高時，這時應依據88 %的數據使用176 %的計算方法來修正或測試。在校正的階段裡很有可能發現一些問題或疑問或與自己測試的數據之不同，雖然生物發光研究已近五十年了踏尋先人化學家的腳步，於2008年東京大學物質研究所安東賴子博士與秋山英文副教授為了“發光量絕對測定系統的開發”利用螢火蟲的螢光產率方法，來再一次地驗證的測定值多達41 ± 7.4 %而且已發表上Nature雜誌，現在這測定值為一般認知的公開數據。他們也進行魯米諾(Luminol；化學演示實驗時不可缺的試藥)與水母素(Aequorin)的測試實驗，秋山研究室測試後論文與日本物理學學會所發表的結果是:魯米諾的量子產率是1.23 ± 0.40 %，水母素的量子產率是22 ± 3 %。 本研究水母素量子產率的誤差對量子產率什麼樣的影響、指數衰減、光子能量高斯分布，當光通過分光器時依據光的成分波長曲折率會不同等，再測探討與評定對於未來生化科技應是研發的好材料與話題。Item 二硫化鉬相關異質結構分析(2021) 許銓喆; Hsu, Chuan-Che我們分析二硫化鉬異質結構的物理特性，我們將鐵磁性材料（鐵、鈷鈀合金）和功能性材料（金、C60）鍍在二硫化鉬的薄片上。所有實驗中的二硫化鉬都使用化學氣相沉積(CVD)來製備於二氧化矽/矽(1 0 0)上。在鍍上異質結構之前，我們都會利用原子力顯微鏡(AFM)、光致發光光譜(PL)和拉曼光譜(Raman)來檢查二硫化鉬的基本性質。形貌上，發現一些有趣的現象：高溫下（約500 k）在二硫化鉬上鈷鈀合金的實驗中觀察到有奈米顆粒會聚集在單層二硫化鉬的邊緣，然而在多層二硫化鉬中這些奈米顆粒則在每層邊緣平行排列，且我們也觀察到光致發光的quenched (淬滅)現象，這證明高溫下鈷鈀合金也有覆蓋在二硫化鉬的平台表面上且非常的平坦，粗糙度約小於±0.5 nm，相較之下，常溫下成長在二硫化鉬的鈷鈀合金薄膜卻很粗糙（粗糙度~±2 nm）。再來是關於二硫化鉬上金（2~8 nm），我們觀察到高度反轉的現象。鍍金前，二硫化鉬到基板二氧化矽的台階高度為 +0.66 nm，這大約是正常的二硫化鉬的單層厚度。鍍金後，二硫化鉬到基板之間的高度反轉成（約-1.0至-3.5 nm）。此高度反轉現象的原因是金在二硫化鉬和基板上的不同生長模式，且這機制會取決於金的鍍膜時的溫度和金的厚度。關於磁性方面，令人驚訝的是我們觀察到鐵磁性材料（鐵、鈷鈀合金）/二硫化鉬與旁邊的基板二氧化矽之間有magnetic decoupling(磁去耦合)的現象。儘管二硫化鉬厚度（~0.66 nm）比鐵或鈷鈀合金的厚度更薄，關於3.6 nm的鐵在二硫化鉬上的矯頑場 (Hc) 為 28 ±5 Oe，然旁邊區域基板二氧化矽上的3.6 nm Fe的Hc約為 58 ±5 Oe，可看出矯頑場有明顯的差異(約30 Oe)，之所以會有magnetic decoupling是由於鐵在不同基材上具有明顯的界面的磁各異向性。且也觀察到鈷鈀合金在二硫化鉬上也有類似的現象，在二硫化鉬上的鈷鈀合金(8 nm)的Hc為 52 ±3 Oe，旁邊的基板二氧化矽上的鈷鈀合金Hc 為 64 ±3 Oe，可得知鈷鈀合金上也會觀察到magnetic decoupling的現象。 最後，關於有機材料在二硫化鉬上的研究，隨著C60覆蓋度的增加，PL峰值從原本是二硫化鉬主導的1.83 eV變為C60主導的1.69 eV，此外在 C60/二硫化鉬這異質結構上證明了連續雷射會導致C60脫附。大約10 mW/µm2 的雷射功率就足以讓二硫化鉬薄片中的 20 nm C60脫附，所以可用這方法設計約為 500 nm微觀圖案。除了形態結構之外，還通過連續雷射誘導C60脫附的方法，來觀察在C60/二硫化鉬上微觀圖形的PL，關於上述在二維材料二硫化鉬基本研究(形貌，磁性，有機材料雕製微觀圖形)，相信這對未來的二維材料的二硫化鉬自旋電子應用或元件設非常有幫助。Item 二維材料介面導致鐵薄膜磁耦合分離現象(2018) 林宗佑; Lin, Zong-You本實驗旨在於探討鐵磁薄膜沉積在單層二硫化鉬(MoS2)與二氧化矽基板(SiO2 /Si(100))兩種不同表面上產生的矯頑場(coercivity)差異，其鐵薄膜具有不連續的磁耦合分離性質，並分析推測此現象的可能來源。 我們利用自製的化學氣相沉積系統(Chemical Vapor Deposition)合成大量二硫化鉬單層薄膜於二氧化矽基板，並以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope)、拉曼光譜儀(Raman spectrum)驗證其大多為單層的厚度結構。其後於超高真空環境(10-9 torr)蒸鍍鐵薄膜於其上，再以磁光科爾顯微鏡(magneto optical kerr mi-croscope)量測之。結果上，我們發現樣品表面的磁滯曲線(hysteresis loop)呈現非方正的鐵磁曲線，呼應我們對於鐵膜微觀表面上具有許多磁性粒子團的預測，且異質介面導致鐵薄膜在不同介面上有著相異的矯頑場，是為鐵薄膜磁耦合分離現象，此現象伴隨著鐵薄膜厚度提升而逐漸消失。Item 使用接觸式原子力顯微鏡在石墨烯/二硫化鉬異質結構上製造圖案化的光致螢光(2021) 張玟翔; Chang, Wen-Hsiang不同二維材料的堆疊會引起光電特性的變化。然而，操縱圖案化的多層二維材料異質結構仍然具有挑戰性。因此，在這項研究中我們使用原子力顯微鏡對多層二維材料異質結構進行了圖案化處理，並進行表面形貌以及光致螢光的量測。應用不同的正向力大小，得以去除石墨烯上的殘留PMMA或是二硫化鉬上的石墨烯。當探針的正向力大小控制在110 nN ~ 200 nN的範圍內，可以有效清除石墨烯表面殘留的PMMA，使得表面粗糙度從平均15 nm下降至平均3 nm。當正向力大小介於200 nN與330 nN之間，石墨烯/二硫化鉬異質結構的石墨烯層會有破碎的現象，而在此範圍內其正向力與破碎程度呈現正相關。當正向力大小大於330 nN，石墨烯/二硫化鉬異質結構的絕大部分石墨烯層會被去除，僅殘存零星的石墨烯碎片。同時，石墨烯/二氧化矽上殘留了93％的石墨烯，這意味著二硫化鉬上的石墨烯比二氧化矽上的石墨烯相對容易刮除。而當正向力大小大於660 nN，可以完全去除石墨烯層並保留完整的二硫化鉬層。在轉移石墨烯之後，石墨烯/二硫化鉬異質結構的光致發光波長會有些微紅移的現象。在正向力摩擦之後的光致發光波長會相對於轉移石墨烯後有些許藍移的現象。在石墨烯/二硫化鉬異質結構上製造圖案，並透過光致發光光譜確認在裸露的二硫化鉬區域，其光致發光的光強度為石墨烯/二氧化矽區域的2倍。在表面電位分佈圖中也可以得到在圖案化的區域，表面電位與周圍石墨烯/二硫化鉬區域的電位差約為300 mV。從光學顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜和光致發光光譜中，分別觀察到了PMMA和石墨烯的去除。我們已經成功地使用原子力顯微鏡來改變表面形貌以及圖案化的光致螢光，這將在未來激發更多有趣的研究或應用。Item 利用電壓及氫化反應可逆地控制材料磁性(2018) 張博鈞; Chang, Po-Chun在我們的電壓控磁的研究中顯示了，在鐵/氧化鋅結構中，可以藉由適當的電壓促使鐵的矯頑場減小15%–20%，而且只要一移除電壓，矯頑場就會回復至原本的大小。另外，如果施加過量的電壓，則可以導致鐵/氧化鋅介面上的鐵氧化成氧化鐵、三氧化二鐵或四氧化三鐵等不同的氧化態，並且使樣品的矯頑場上升。各種氧化態的比例會取決於鐵和氧化鋅的厚度比例，且一旦氧化後是不可回復的。但就算發生了介面氧化，還是可以藉由適當的電壓來調降矯頑場的大小。 在氫化控磁的研究中，我們觀察了鈷-30%鈀-70%的合金在不同氫氣氣壓下的磁性變化。原本無法觀察到磁域的樣品，在足夠的氫氣壓力下(0.2 bar)，會在樣品磁性翻轉時觀察到磁域，同時磁致曲線也會變得方正。我們依據在不同的固定外加磁場和氫氣濃度下所畫出的磁化翻轉曲線，可以推論出最小的翻轉單位Barkhausen volume 會隨著氫氣壓力上升而變小。同時，氫氣壓力上升也會使得樣品的脫釘磁場變大，導致磁致曲線的矯頑場在0.2 bar以上的氫氣壓力會逐漸增加。 此外，我們也研究了氫氣對於多層膜磁性耦合的影響。在Pd/Fe/Pd/Fe/MgO(001) 中，也許是基板表面傾斜的緣故，第一層的鐵只有單軸磁異相性，到了第二層的鐵才出現雙軸磁異相性。當外加磁場和第一層的磁易軸的夾角接近90度時，兩個鐵磁層之間的耦合力會和外加場競爭。當外加場不夠強時，上層的鐵磁會被下層的鐵磁吸引並翻轉致同磁化方向。而且當樣品吸附氫氣後，鐵磁耦合會增強，需要更大的外加場才能打破耦合。因此當外加場在6 Oe時，氫氣的脫吸附能使上層的鐵磁在外加場和底層鐵磁之間扭轉。Item 技術型高中物理素養導向教學之學習效果研究(2021) 陳冠宏; Chen, Kuan-Hung本研究主旨為探討探究式教學於技術型高中物理課程中的影響與改變，研究對象為台北技術型高中多媒體設計科學生，以熱學為主題，對照其會考自然成績、課程前測驗及課程結束測驗與段考成績，並加以訪談、問答做為參考依據，素養教學過程中包含演示教學、實驗探究，透過學生的討論、發表、修正等過程，使其能夠更深刻的學習熱學相關知識。研究流程為課程開始前先與了解學生背景知識，利用訪談、討論、前測、會考成績等當作依據，研究分析包含，學生後測試題的選擇答案量化分析，與作答手寫部分的質性分析，最後以教學經驗豐富的十五位老師問卷調查，作為輔助依據。研究結果顯示，學生一開始對於國中學習的熱學部分概念較不熟悉，包含熱平衡、熱能轉換、物質三態變化等，跟學生訪談後發現對於學習上的困難之處，利用課程設計解決學生容易在課堂中發生的困難點，依循素養教學過程的訓練後，依據學習後的測驗分析，發現學生對於熱學模糊的概念能夠更精準的描述，思考邏輯的梳理能夠符合科學原理概念，推論出正確及合理的結果，並且在課堂中學習團隊合作、討論、發表、提問等能力態度的建立。Item 有機磁性半導體—富勒烯與鈷的交互作用探討(2022) 徐健真; Hsu, Chien-Chen在自旋電子學中，磁性半導體是其中一個重要研究領域，其中有機材料與磁性材料的電子交互作用，是如何影響有機-磁性複合材料的磁性與電子傳輸行為，更是一個需要深入探討的領域。本研究使用物理氣相沉積法 ( Physical Vapor Deposition, PVD )，於超高真空系統 ( Ultra-High vacuum system, UHV ) 中，選擇在Al2O3 與Si兩種基板上，成長了C60/Co/C60與C60/Co的三層膜與雙層膜結構。透過探討薄膜磁性、表面形貌、光致螢光光譜( Photoluminescence, PL ) 與拉曼光譜 ( Raman Spectrum ) 、電壓-電流性質、磁阻響應與霍爾效應 ( Hall effect ) 在不同溫度的真空熱退火前後的變化，並以共鍍方式成長了不同比例的Co-C60 複合材料，並與上述退火實驗結果進行比較。本實驗分為兩大主軸，第一部分為C60薄膜與C60/Co 層膜在500 ℃ 下的真空退火，由表面形貌量測中，發現成長於Al2O3基板的C60/Co 雙層膜於退火後，形成了以Co原子為主的奈米島分區結構，以及C60 薄膜經過退火後，形成了近十奈米的原子團簇；在使用拉曼光譜分析碳基材料振動模式後，發現C60裂解為無定型碳的程度，因Co原子的參與下變得更高，說明了Co與C原子之間的交互作用，不僅增強了C60的裂解行為，同時限制了無定型碳的脫附行為；在磁滯曲線量測中，經過500 ℃ 退火後薄膜鐵磁行為明顯增強，包含了矯頑場 ( Coercivity, Hc ) 增大了至少5倍以上，以及薄膜由無磁性/順磁性轉變為鐵磁性；在光致螢光光譜量測中，可觀察到C60 與無定型碳之PL峰值強度皆受到Co原子的含量影響；在電壓-電流特性的量測中，注意到C60/Co 雙層膜無論退火前後皆屬於導體；在磁阻量測中，注意到退火後C60/Co 雙層膜磁阻率增大了將近50 %；在霍爾效應量測中，C60/Co 雙層膜經過500 ℃ 退火後，薄膜主要載子由電洞變為電子，並量測到載子濃度為2.32 × 1021 cm-3，載子遷移率為10.9 cm2V-1s-1。第二部分則是製作不同比例的Co-C60 複合材料，並注意到Co原子比例越低，薄膜內材料就以蕭特基接觸為主，以及C60分子的發光特性受到Co原子的熱蒸鍍過程破壞，最後則是C60在共鍍過程中受到Co-C60電子交互作用影響，導致C原子間的鍵能改變，進而改變C60的分子振動模式。上述實驗結果說明了Co與C60的交互作用增強了C60的裂解行為，且C60裂解後所形成的無定型碳，與Co原子混合後誘發了更明顯的磁性行為，同時在光學量測發現退火後的C60/Co仍保有半導體性質，暗示了只要適當調整Co原子與C60含量，就可利用真空退火製作出以Co-C為主成分的磁性半導體，對改善有機自旋閥中的電導率不匹配，具有相當大的潛力。Item 氫化效應對鈷鈀多層膜磁與電性之影響(2023) 謝濬澤; Hsieh, Chun-Tse垂直磁各向異性（PMA）薄膜因其卓越的熱穩定性和反轉穩定性備受超高密度數據存儲器件的關注。該薄膜能在高溫環境下維持其磁性，並在磁場反轉下保持穩定的磁性狀態。實驗採用Co/Pd多層膜來進行PMA薄膜研究，實驗中選擇電子束熱蒸鍍技術將Co/Pd多層沉積在Al2O3（0001）基板上。研究運用磁光克爾顯微鏡和異常霍爾效應（AHE），在不同氫氣壓力下產生的磁、電特性。實驗結果表明，鈷鈀多層膜在不同氫氣壓力下的電阻變化與矯頑場、方正率的變化相關，這主要歸因於薄膜中鈀元素與氫氣的相互作用。據此得出結論，鈷鈀多層膜適用於氫氣存在和濃度的檢測，有望在下一代氫氣傳感器和磁電元件中應用。同時，PMA薄膜的特殊性質使其成為關鍵的磁存儲技術元素，其在超高密度數據存儲器件中能維持穩定磁化狀態，為新一代磁存儲器件、傳感器等應用提供了潛在潛力。這些研成果為開發新型高性能磁電元件提供了重要選擇。Item 氫氣影響鐵鈀合金與鎂基多層膜的磁性以及結構變化(2023) 廖黎杰; Liaw, Li-Jie氫化效應對磁性材料的影響已被廣泛研究，目前已知的熱門儲氫材料中以可在室溫且低氫氣分壓儲氫的鈀(Pd)為主，其高氫敏感性適合觸發材料中的磁性變化。本篇論文以第一部分著重在鎂(Mg)基儲氫材料，其儲氫能力是自身體積4倍最受矚目，然而Mg塊材需要高溫高壓的氫氣環境才能吸收氫氣並且儲存。通過鈀覆蓋層的催化作用，氫分子的裂解在催化過程中有效發生，促進氫原子擴散到底層的純鎂。該過程已被實驗證實在室溫、1 bar的氫氣壓力下發生。Pd/鈷(Co)/Mg多層膜的磁光柯爾效應(MOKE)在真空和1 bar氫氣壓力下測量以進行比較。氫化效應不可逆地將矯頑力(Hc)從25 Oe提高到大約200 Oe。在使用原子力顯微鏡(AFM)量測表面形貌下，氫化後的樣品表面粗糙度從0.1增加到6 nm，且通過 X 射線衍射(XRD)量測在室溫環境下形成穩定的MgH2相。此外，將具有高儲氫穩定性的Mg間隔層夾在Pd/Co/Mg/Fe多層結構中，以提高其儲氫穩定性並探索該結構的磁傳輸特性。透過平面磁場四點測量，磁阻率(MR ratio)的變化從0.22±0.01%增加到0.30±0.01%，這也表明MgH2增加了自旋散射概率和熱效應的穩定性。在我們研究的第二部分，我們重點關注了Pd的獨特性，特別是其高吸氫能力和可逆氫化行為，以及氫氣脫付的遲滯現象，這使其非常適合與氫相關的應用。為了解氫化對磁性的影響，我們的目的是探索氫化對磁異向性能的改變及其與FePd薄膜晶體結構的關係。我們採用X射線磁圓二色性(XMCD)來檢測氫吸收對FePd合金薄膜中Fe磁矩的影響，透過觀察到特徵峰的顯著變化，表明磁性行為發生了變化。值得注意的是，我們發現 FePd薄膜中的磁異向性可以通過吸氫和解吸過程可逆地旋轉無需外部磁場。這使我們能夠實現無磁場開關，這是磁控制領域的一個顯著進步。此外，我們的研究證實FePd薄膜的磁異向性主要受界面應變誘導的磁異向性能與傾斜沉積誘導的表面微結構之間的競爭，且通過橫截面透射電子顯微鏡(TEM)分析和檢查不同厚度的FePd異向能證實了這一觀察結果。總結來說，我們的研究為氫化對磁性薄膜磁性的影響提供了有價值的見解。這些發現證明了MgH2形成、自旋散射和Pd/Mg基多層膜的磁性之間的相關性。 FePd合金體系中磁異向性的可逆控制是通過吸氫和解吸實現。這項研究為自旋電子元件中氫遷移和存儲的控制提供了不同的見解，為磁性元件中的磁矩切換機制引入了新的自由度。Item 無機鹵素鈣鈦礦/磁性金屬薄膜 -雙層異質結構之形貌、磁性及熱穩定性分析(2021) 陳廷豪; Chen, Ting-Hao在這項研究中我們主要使用物理氣相沉積法(Physical vapor deposition, PVD)製備鐵鈀合金薄膜，並且利用旋轉塗佈法將鈣鈦礦(CsPbBr3)量子點旋塗於表面，接續觀察樣品在旋塗前後(CsPbBr3/FePd v.s FePd)的變化，包括表面形貌、光學及磁性，並且觀察不同退火溫度(100˚C ~ 180˚C)後的轉變。CsPbBr3/FePd在原子力顯微鏡(AFM)量測下，我們發現表面在經退火後粗糙度大致不變，且平均約為±10 nm高低且誤差值為1.5 nm。從掃描式電子顯微鏡(SEM)發現量子點為平均大小約11 nm的正方形，並且退火180˚C後有融合的現象。透過光致螢光(PL)的數據分析我們得知在退火100˚C後，光訊號強度下降了3/4，且發光波長有紅移4 nm的現象。最後經由磁光柯爾量測從室溫到退火160˚C，FePd樣品的矯頑場增加了74 %，而CsPbBr3/FePd樣品的矯頑場僅增加了19.2 %；由此結果方知CsPbBr3是一個可以保護磁性材料的覆蓋層。Item Item 稀土鐵石榴石與鈣鈦礦奈米材料之結構、磁性和應用(2023) 劉仕渝; Liu, Shi-Yu鈣鈦礦和稀土石榴(REIG)薄膜具有優異的光學和磁光特性。因此，將這兩種材料結合在一起可以創造出具有可調控光學和磁性性能的異質結構，並應用於光學通信、光學記憶和磁光元件等領域。在本研究中，我們將深入探討鈣鈦礦和REIG薄膜各自的潛在價值。近年來，一些研究表明使用稀土元素(RE)元素代替釔(Y)來調節石榴石薄膜的應變誘導磁異向性。REIG薄膜(~100 nm)藉由脈衝雷射沉積法製備於(111)取向的釔鋁石榴石(YAG)基板上。釤、钬和釔鐵石榴石(SmIG, HoIG, and YIG)具有垂直於膜面的壓縮應變，而鉺和铥鐵石榴石(ErIG and TmIG)具有弱的拉伸應變。由於負磁致伸縮常數，因此SmIG和HoIG薄膜表現出相對強的垂直磁異向性(PMA)。隨著技術的發展，對高存儲容量和快訪問速度的需求不斷增加。因此我們選擇對擁有相對強PMA的SmIG薄膜進一步研究。藉由降低SmIG薄膜厚度，可使其具有更強的壓縮應變，進而獲得更強的PMA。相比之下，YIG在30-120奈米區間仍展現水平磁異向性(IMA)。這一發現表明磁性能受Y:Sm比的顯著影響。隨後，我們製備了一系列不同厚度、Sm摻雜濃度的SmYIG薄膜。振動樣品磁力計揭露隨著厚度的遞減和Sm摻雜濃度的增加，可使SmYIG薄膜具有較強的PMA。此外，我們展示了在不同Sm摻雜濃度下，SmYIG薄膜的臨界厚度。為基於REIG薄膜的高密度磁信息存儲鋪平道路。YIG與反鐵磁材料的結合因其在自旋泵等應用中的潛力而備受關注。因此，我們於YIG薄膜上沉積氧化鈷(CoOx)薄膜以研究介面效應。由於CoOx薄膜於高溫缺氧環境下製備，所以其表面區域由純CoO組成，界面區域則為CoO和Co的混合物。CoOx/YIG薄膜不僅表現出低溫下由CoO提供的磁耦合，還表現出由鐵磁Co提供室溫負交換偏置(RT-NEB)。與CoOx/YIG薄膜相比，我們於YIG薄膜上製造了進一步氧化的CoO薄膜，並觀察到室溫正交換偏置(RT-PEB)。RT-PEB隨著外加磁化場增加而增加，並在外加磁化場為500 Oe時飽和。隨著溫度降低，PEB 逐漸轉變為 NEB。這些結果清楚地表明 CoO/YIG 雙層系統中PEB和NEB共存，而PEB歸因於CoO界面自旋的反平行耦合，而NEB歸因於AFM-FM耦合。有機-無機鈣鈦礦(MAPbBr3)/鐵磁異質結構在光控自旋電子元件中已被廣泛探討。然而使用金屬鐵磁層作為底部電極仍然是一個挑戰。因此，我們提出插入氧化鋁(AlOx)或石墨烯(Gr)層的超薄異質界面來改善均勻性。通過原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡，我們觀察到MAPbBr3層成功地形成了緻密的連續薄膜。此外，AlO¬x或Gr層的存在可以有效地防止鈣鈦礦和鐵磁金屬薄膜之間的氧化和界面擴散。然而，MAPbBr3層在環境下很容易受溫度、濕度、氧氣濃度影響而分解。因此，我們製備了全無機銫鉛溴化物鈣鈦礦量子點(CsPbBr3 QDs)來替代鐵磁層上方的 MAPbBr3，並研究了藍光雷射對磁性的影響。隨著雷射照射時間的增加，CsPbBr3 QDs的表面形貌和特徵尺寸發生了顯著變化並逐漸演變，引發了一系列氧化還原和界面擴散過程，特別是在 CsPbBr3 QDs/Co異質結構的界面處。這些結果開啟了鈣鈦礦/鐵磁異質結構在自旋電子學應用研究。Item 透過氫氣作用控制磁性層間交互耦合效應(2017) 陳宜樺; Chen, Yi-Hua長期以來，鈀一直作為氫氣解離和吸附的高效催化劑。在鈀合金或內米結構中，鈀的氫化容易引起相鄰材料有顯著的鄰近效應。在本實驗中，我們在超高真空中使用電子束蒸發磊晶法，在MgO (001)的基底上製備了磁性界面耦合系統。通過退火處理，可以得到平坦的MgO (001)表面，用來沉積Fe/Pd/Fe三層膜。 在一定鈀的厚度下，通過磁光柯爾效應在平行(In-Plane)方向，可以在Fe/Pd/Fe/MgO(001)系統中觀察到清楚的雙磁滯曲線。這現象說明頂層和底層鐵層之間的反鐵磁耦合。隨著室溫下的氫氣脫吸附，反鐵磁層間耦合有明顯的變化，如雙磁滯曲線的矯頑場變化所示。這結果表示，鐵/鈀多層膜系統未來可以應用為敏感性高的氫氣感測GMR傳感器Item 鈣鈦礦與磁性金屬、二硫化鉬之介面特性分析(2022) 林子恩; Lin, Zih-En鈣鈦礦為新興太陽能電池材料，並且近年已有許多研究報導其光電性質[1,2]，但少有提及表面形貌。在先前研究中我們發現鈣鈦礦MAPbBr3無法在鐵鈀合金表面形成均勻且連續的薄膜，會呈現奈米柱狀結構並且有裸露的合金金屬層[9]。在本實驗中，我們發現以石墨烯層插層於鈣鈦礦與鐵磁層之間可使鈣鈦礦形成均勻連續薄膜。由原子力顯微鏡 (AFM) 剖面圖可觀察到：在鐵磁層表面粗糙度小於1 nm，在轉移石墨烯後約有 2 nm，在旋塗鈣鈦礦之後約有6 nm。在AFM形貌圖以及剖面圖可以看出鈣鈦礦於石墨烯上形成連續薄膜。此技術應用於元件製成可防止鈣鈦礦與金屬層的層間短路，使元件正常運作。二硫化鉬具有良好的載子遷移率，可作半導體材料，但仍有光吸收率相對不高的缺點[3]。鈣鈦礦/二硫化鉬異質結構具有較高光吸收率。但雖有許多關於鈣鈦礦/二硫化鉬結構光電性質的文章[4,5]，但對於鈣鈦礦在二硫化鉬上表面形貌的研究仍然缺乏。將鈣鈦礦旋塗於二硫化鉬上之後，在AFM形貌圖仍可分辨二硫化鉬的形狀，並且可見在二硫化鉬上的鈣鈦礦較基板上的緻密。在SEM圖的分析中，在二硫化鉬上的鈣鈦礦粒徑約在20 nm，在基板上約在30 nm。旋塗鈣鈦礦會造成二硫化鉬光致發光 (PL) 峰值的猝滅，並且造成峰值紅移。依文獻報導猝滅是因為鈣鈦礦到二硫化鉬的電荷轉移，紅移是因為二硫化鉬上量子點的n型摻雜效應[4]。形狀會影響二硫化鉬PL峰值。在旋塗鈣鈦礦後，缺角三角形二硫化鉬的PL峰值較三角形位移多，在3 ~12 nm區間，三角形的位移則在3 nm以內。在旋塗鈣鈦礦之後量測鈣鈦礦PL峰值位置，缺角三角形上的鈣鈦礦PL峰值比起三角形二硫化鉬藍移3 ~ 5 nm。文獻[52]中提及鈣鈦礦顆粒大小會影響PL峰值高低，我們推測可能由於三角形與缺角三角形上鈣鈦礦顆粒大小差異而影響PL峰值，但仍需進一步實驗確認。以450 nm藍光雷射照射鈣鈦礦/二硫化鉬結構，其中二硫化鉬從單層至6層，發現二硫化鉬PL峰值幾乎沒有變化，但峰值強度有減少的現象。Item 鈣鈦礦與鐵磁層交互作用與磁阻元件製作(2021) 吳柄村; Wu, Bing-Tsun在先前的研究中，我們發現在FePd薄膜上成長的MAPbBr3會是離散圓盤狀的鈣鈦礦，對於製作元件來說這會導致裸露的FePd薄膜讓電子直接短路，於是在本研究中我們利用了氧化鋁(AlOx)作為插層，在鈣鈦礦MAPbBr3與鐵磁層Co和Fe中間插入AlOx薄膜，成功成長出連續性且均勻的MAPbBr3薄膜，根據原子力顯微鏡顯示其粗糙度約為15 nm，磁光柯爾顯微鏡的結果也顯示出旋塗上MAPbBr3薄膜不會對下方鐵磁層磁性有所影響。在近期的研究顯示出CsPbBr3相對於MAPbBr3具有較高的熱穩定性，且我們發現CsPbBr3旋塗於金屬層上為連續均勻的薄膜。根據上述的結果，鈣鈦礦CsPbBr3可能具有高的應用潛力。因此我們對於CsPbBr3與鐵磁層的交互作用進行研究。我們在方格陣列Co薄膜厚度分別為6 nm、10 nm、12 nm與16 nm旋塗上CsPbBr3，此四種樣品在旋塗CsPbBr3前後的矯頑場均無改變，接著觀察到6 nm與10 nm樣品的矯頑場會隨著第一次雷射光照射的時間有逐漸降低的趨勢，其中10 nm的樣品在照射24分鐘後會量測不到磁性，然後在關閉雷射後放置一小時並再次照光30分鐘後，此時的矯頑場會提升至74.5 Oe，而12 nm與16 nm的樣品則有相反的現象，在雷射光照射下，樣品的矯頑場會隨著雷射照射時間有逐漸增加的趨勢，其中12 nm的樣品在照射28分鐘後會量測不到磁性，而在關閉雷射一段時間後矯頑場會提升至150 Oe，從結果也能發現當雷射光照射時，如果矯頑場有變化且磁性還能被量測到的樣品，在放置一段時間後，矯頑場並不會有回復的特性，根據原子力顯微鏡也能觀察到當給予兩次30分鐘的雷射照光時，粗糙度會從17.9 nm提升至22 nm與27.6 nm。因此，我們推測藍光雷射的照射會改變CsPbBr3的特性，同時也會改變下方的磁性金屬層。Item 鈷/六方氮化硼-異質結構之表面形貌探討(2023) 蔡泓儒; Tsai, Hong-Ru由於二維絕緣體材料六方氮化硼 (h-BN) 與塊材結構亦為六方晶體的鈷 (Co) 之晶格結構一致，而且晶格常數的匹配度非常接近，因而此論文專注使用原子力掃描顯微儀 (Atomic Force Microscopy) 研究鈷在六方氮化硼上磊晶成長為薄膜的過程中，其表面形貌如何隨堆疊厚度而演化。本研究使用原子力顯微儀的輕敲模式，分析不同厚度的鈷連續薄膜和鈷微方格在矽基板和六方氮化硼的表面形貌，以及承受不同溫度的高真空熱退火前後的變化。實驗結果顯示，六方氮化硼在濕式轉移於矽基板歷經400度C退火一個小後，可達低於 ±1奈米的表面平整度。鈷薄膜蒸鍍於六方氮化硼，形成平整度約 ±2奈米，經歷400度C退火程序後，會形成較大的奈米島，高低落差為 ±5奈米，橫向尺寸約為數百奈米。此研究顯示，高溫退火對於「鈷/六方氮化硼」的形貌會有非常顯著的影響，這些實驗成果將能夠應用在使用「鈷/氮化硼」異質結構於未來的磁阻元件之中。Item 鈷鈀合金在氫化效應下導致可逆性長程有序磁排列(2015) 黃瀚元; Huang, Han-Yuan不同比例及厚度下的鈷鈀合金長在藍寶石基板(Al_2 O_3 (0001))上，觀察樣品氫化效應對磁性的影響。 樣品皆在超高真空系統下(〖10〗^(-8) torr)利用熱蒸鍍原理將鈷及鈀兩金屬對鍍形成合金，鍍完成後用歐傑能譜儀(Auger Spectrum)測量其成分比例、用磁光柯爾效應(MOKE)測量氫氣吸附後的磁光特性改變、原子力顯微鏡(AFM)觀測表面結構對於氫氣吸附所改變的磁性行為，接著在低溫下用超導量子干涉震動磁量儀測量磁的特性。 鈀吸附氫氣後會變成氫化鈀，隨著曝的氫氣量愈來愈多，氫化鈀晶格常數從原本的 3.89 Å (α-phase)上升至 4.02 Å(β-phase)。樣品固定Pd的鍍量且Pd比例為33 %時，曝完氫氣後其磁光特性並沒有明顯變化，隨著鈀金屬比例升高至61 % 時，曝完氫氣後，樣品磁滯曲線的矯頑力、殘磁比及光訊號皆會改變。將鈀的比例提升至 76& 及 86 %時，矯頑力上升10倍；磁滯曲線的飽和磁化量及殘磁的比值(squareness = M_r/M_s )也在曝完40 mbar氫氣2-3秒內從10% 上升至100%。這是因為當鈀的比例變高而磁性金屬鈷的比例下降時，合金的磁矩排列從原本的長程無序狀態下，氫化後變成長程有序排列的稀磁性金屬特性。固定Pd比例(61 %)下改變樣品厚度，發現20奈米厚度的樣品，其吸附氫氣後的磁光效應改變比10奈米來的明顯。除此之外，當氫氣被機械幫浦抽出時，樣品會在2~3秒內從β-phase回到α-phase，且該反應是可以被重複的。 用原子力顯微鏡觀察 Co_14 Pd_86 樣品的表面形貌，其表面上有許多直徑約100奈米的團簇，團簇中間充滿著直徑約20奈米的顆粒，這些顆粒除了可以增加樣品接收氫氣的表面積外，還可以形成不同的截面以增加氫氣吸收的效率。Item 鈷鈀合金薄膜於藍寶石基板(0001)在氫化效應下對磁性之影響(2016) 陳昱全; Chen, Yu-Chuan本論文為探討在室溫下，氫氣吸附與脫離的效應對於不同厚度，10nm、20nm、30nm、60nm Co50Pd50/Al2O3(0001)合金薄膜的影響。 首先樣品皆在超高真空下鍍膜完成，接著使用能量分散X-射線光譜分析(EDX)量測樣品的成分比例，並用穿透式電子顯微鏡(TEM)校正樣品的厚度，然後使用柯爾磁光效應(MOKE)在真空以及曝氫的環境下量測樣品的磁性轉變，最後再使用原子力顯微鏡(AFM)與磁力顯微鏡(MFM)觀察樣品表面與磁區分佈。CoPd的合金在吸附氫氣後，對自身的磁性產生了很大的影響，包括磁滯曲線的矯頑場(Hc)、殘磁(Mr)、飽和磁化量(Ms)與光源反射率等，甚至有磁易軸轉向的情況(Spin Reorientation Transition)，原因就在於Pd能夠吸附比自身體積大很多的氫氣進而擠壓到Co的晶格結構或者因電荷轉移改變合金材料的電子結構。在10nm樣品上，曝氫後矯頑場甚至縮小了7倍之多。隨著厚度不同，每片樣品所表現出的磁性轉變也不同，另外在樣品曝氫時，樣品皆表現出去磁的反應，也就是內部磁區因氫氣吸附而被打亂。藉由重複量測柯爾磁光訊號，發現氫氣的吸附與脫附為可逆反應，反應速度快而且具有重複性。