物理學系
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Item 鐵在不同退火溫度下沉積在石墨烯/銥(111)系統之結構及磁特性研究(2021) 郭恩見; Guo, En-Jian本論文主要研究為不同厚度的鐵在不同退火溫度時，沉積在石墨烯/銥(111)系統之結構及磁特性，當退火溫度提高時，樣品最上層的鐵越是傾向於穿過石墨烯至銥(111)基板上形成插層結構。為了清楚了解到退火溫度對鐵形成插層結構的效益，本論文將退火溫度分為300 K、400 K、480 K及520 K四個系列進行研究，並利用歐傑電子能譜儀及低能量電子繞射儀對各系列樣品進行結構上的分析，從歐傑電子能譜儀及低能量電子繞射儀實驗結果發現，隨著退火溫度升高時，由於鐵會逐一穿過石墨烯至銥(111)基板上形成插層，且每當形成一層完好的插層結構後，鐵才會接續穿過石墨烯排列下一層，因此鐵在銥(111)基板上排列更加整齊，整個系統會傾向於分層明確且晶格較為單一的簡單系統。另外本論文使用歐傑電子訊號強度衰減公式做理論計算，將理論值與實驗所得的數據互相比對後相當吻合，這樣更能確定系統模型假設的正確性。從以往鐵/銥(111)系統的磁性量測中得知，鐵/銥(111)是水平磁化系統，當鐵接觸到銥(111)基板時，隨著鐵厚度增加，會有最多三層的磁性死層。而從四組不同退火溫度的樣品所量測到的磁性是水平磁化系統，當退火溫度升高時，磁性有延後出現的趨勢，且飽和磁化量的成長趨勢降低，從低能量電子繞射的實驗結果得知，這是因為退火溫度高的系列，由於面心立方排列的銥原子將上層鐵的晶格撐大再加上鐵的插層機制，以至於鐵的假晶成長延後直到鐵厚度超過系統可以負荷的最大應力後，鐵逐漸回到自身晶格大小，才能從表面磁光科爾效應量測到磁性。Item 鐵/銥應變能與銀/石墨烯/鈷/銥異向能探討與磁性研究(2019) 謝振源; Hsieh, Chen-Yuan本論文包含兩個研究系統，一個是鐵/銥(111)系統，另一個是銀/石墨烯 /鈷/銥(111)系統。在鐵/銥系統研究中，根據磁光柯爾效應儀量測的結果， 當鐵薄膜厚度為三個原子層時，系統呈現非鐵磁性的行為，當鐵薄膜厚度 大於三個原子層後，磁光柯爾效應儀才量測到磁滯現象，並且磁化強度會 隨著薄膜厚度增加而呈線性增加。搭配低能量電子繞射儀的實驗結果，鐵 薄膜厚度在三個原子層以內時，繞射亮點的圖形是1 × 1結構，代表此時鐵 薄膜為面心立方結構，而隨著鐵薄膜厚度大於三個原子層時，在原來繞射 亮點的附近出現衛星亮點，這樣的結構是 Kurdjumov-Sachs 組織，即體心 立方(110)與面心立方(111)重疊的結構。由於結構上有所變化，而這變化在 一般情況下會是一個連續變化，所以系統結構會有一定的伸張或收縮，故 利用應變能計算做為理論模型，發現當系統累積的應變能大於鐵的面心立 方結構之表面自由能時，鐵薄膜無法再繼續成長面心立方結構，此時結構 的成長會變回塊材應有的體心立方結構。 在銀/石墨烯/鈷/銥系統研究中，利用歐傑電子能譜儀量測各層的歐傑 訊號，繪製出不同結構對歐傑訊號圖，來判斷銀和石墨烯經由熱退火後會 移到鈷薄膜的上方。而由於電子在移動的時候會因為非彈性碰撞有所影響， 故利用歐傑電子能譜儀量測到的鈷歐傑訊號做模擬，發現鈷薄膜到七個原 子層都還是層狀結構，因為石墨烯與非磁性覆蓋層接觸會改變異向能，故 利用磁光柯爾效應儀量測系統磁性，發現鈷薄膜的垂直磁化層厚度增加， 並利用異向能計算公式發現介面異向能從沒有銀的 1.59 mJ/m2 提升為 3.12 mJ/m2。希望從異向能提升來推測整個系統是具備 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction，故將利用計算出的異向能數值帶入出 Dzyaloshinskii−Moriya interaction 造成的局部反向場的方程式進行計算，在計算的過程中得到上 下 介 面 的 Dzyaloshinskii−Moriya 密度值 ， 建 構 出 不 同 厚 度 下 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction 造成的局部反向場的數值變化。 期望能藉由各項數值計算來量化不同情況下的系統並搭配實驗結果來推演 至其它系統上，且提供預期系統會有何種物理現象的一個計算管道。在結構出 現應變的系統上，利用應變能計算將結構轉變的厚度計算出來，在磁性系 統中，利用異向能計算得出垂直磁化層數，並搭配 DMI 計算，將系統磁性 要考慮的因素納入，完善磁性薄膜的理論計算。Item 鐵超薄膜在鉑(111)上之表面結構與磁性研究(2008) 陳耀榮; Yao-Jung Chen本論文的實驗是以歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀、紫外光電子能譜術及表面磁光科爾效應來研究鐵超薄膜在鉑(111)面上的成長模式、表面結構、合金形成及磁性性質。分別討論在低溫(LT:180 K)和室溫(RT:300 K)下所成長的鐵超薄膜的結構與磁性的相關性。首先在室溫中經由歐傑電子能譜及低能量電子繞射儀的測量中發現鐵超薄膜在鉑單晶上是以3個原子層(ML)的層狀成長轉成3維島狀的成長模式。當鐵薄膜厚度為1 ML時並無任何科爾訊號，而在鐵膜厚1.5 ML時;平行及垂直薄膜面皆有科爾磁滯曲線，當鐵膜厚達到2 ML後只有平行薄膜面方向的磁滯曲線表示其磁化易軸在平行鐵薄膜面上。其磁性的變化是與鐵薄膜的表面結構在膜厚增加到2 ML時將由fcc轉成bcc的結果是互相符合的。 在低溫時;鐵超薄膜在鉑單晶上是以3維島狀的模式成長。當鐵薄膜厚度為0.75 ML時可偵測到垂直方向的科爾磁滯曲線;接著當鐵膜厚達1.3 ML時其磁化易軸由垂直轉至平行薄膜面方向，發生自旋指向轉變。此結果顯示鐵超薄膜在鉑(111)上發生結構變化;其臨界厚度是與成長溫度息息相關，其臨界厚度在低溫與室溫分別為1.3 ML及2 ML。 對1.2 ML鐵/鉑(111)樣品進行高溫退火處理時;其在平行面上的科爾強度與矯頑力分別增加到160%及30%。而對5 ML鐵/鉑(111)樣品退火處理時;則在平行面上的科爾強度與矯頑力分別增加到150%及1100%。當1.2 ML鐵/鉑(111)其退火溫度介於600 K與700 K時;甚至出現垂直方向的科爾磁滯曲線。退火處理時也由歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀與紫外光電子能譜術量測發現鐵-鉑合金的產生。有關退火處理時磁性的變化是與鐵原子擴散及鐵與鉑形成合金有著強烈的關係。 將銀蒸鍍覆蓋在鐵/鉑(111)上;可由表面磁光科爾效應偵測到自旋指向轉變(SRT)發生。同時樣品的垂直方向的磁化強度與矯頑力皆與銀覆蓋厚度有顯著的關係。當銀覆蓋厚度達到1 ML時;其磁化易軸將由平行面方向完全轉至垂直面方向，同時垂直方向的磁化強度與矯頑力兩者皆達到最大值。當銀覆蓋層慢慢被氬離子濺射移除時;其磁化易軸也會慢慢轉迴至平行面方向。其間其介面的組合成份的變化是經由歐傑電子能譜術量測。經由銀與鐵介面間的電子態雜錯交互作用而導致介面磁異向能的改變;其可能為由銀所引發自旋指向轉變的機制。Item Properties of alkaline earth metal intercalated in FeySe1-xTex system by ammonothermal method(2013) 楊名正摘要 近年鐵基超導體：鐵硒、鐵硒碲和鉀鐵硒相繼被發現超導特性，經比較其超導相變溫度和晶格結構分析後，普遍認為鐵硒層狀結構的距離和其超導相變溫度成正相關關係。「氨熱法」是一種將金屬溶解於液態氨當中，讓金屬原子嵌入鐵硒的層狀結構之間的方法。實驗結果經氨熱法反應後的樣本晶格長度明顯增長，甚至超過原本預期的長度，且超導相變溫度也確實大幅增加。這是因為在氨熱法的過程中，除了原本預期的金屬原子外，連氨分子也一起嵌入了結構之內。 在本篇文章裡，由於鐵硒碲是在做氨熱法須預備的重要材料，我們首先探討鐵硒碲的超導特性品質與其成分的關係，從中我們學到了一些關於鐵硒碲的合成特性以及與超導品質的關係。 鍶嵌入鐵硒層的實驗非常成功，我們找到了其超導特性並探討了相關的磁性和結構。 在鹼金嵌入鐵硒碲層方面的實驗就沒那麼順利，我們發現了一些奇特的磁性現象，文章中將介紹我們觀察到的現象，包含磁性和結構部份。Item 超薄鐵銥合金的成分比例與結構研究(2011) 李亞倫; Ya-Lun Li本論文主要研究鐵超薄膜在銥(111)基底上的成長模式、表面結構、化學偏移及合金成分比例。樣品製備與實驗均在超高真空環境下進行，並透過低能量電子繞射與歐傑電子能譜進行實驗觀測。在室溫300 K鐵超薄膜的成長方面，我們首先以歐傑電子能譜觀察一系列不同厚度之鐵薄膜，發現鐵薄膜在銥單晶上的化學偏移與塊材電負度所預期的結果有相反的趨勢。當鐵薄膜厚度超過2 ML時，其L1M1M2歐傑電子動能隨厚度增加而下降，銥N1N2N7歐傑電子動能隨厚度增加而上升，介面效應仍然明顯；厚度超過4 ML時，鐵L1M1M2歐傑電子動能變化趨於平緩，介面效應減弱，此時樣品的化學狀態以塊材鐵為主。從室溫300 K鐵超薄膜成長之低能量電子繞射實驗結果發現，當鐵薄膜厚度超過5.8 ML時，鐵原子主要是以bcc(110)在fcc(111)上的Kurdjumov-Sachs (KS)模式進行磊晶；當厚度小於1.8 ML時，鐵原子則以基底fcc(111)的方式進行磊晶。鐵超薄膜樣品加熱退火至800 K時，我們從歐傑電子能譜的強度分析可以得到穩定的鐵銥成分比例為1:3；化學偏移的分析發現銥N1N2N7歐傑電子動能比起乾淨銥單晶有下降的趨勢，因此排除鐵原子退吸附的可能；在低能量電子繞射實驗結果中，電子入射動能120 eV時可以發現清楚的(2×2)亮點。由以上三個實驗結果我們推測鐵銥形成規則合金FeIr3，最後透過氬離子濺射實驗進行深度分析，發現實驗所得之濺射效率與FeIr3模型的計算結果相差3%，顯示鐵銥確實形成規則合金FeIr3。另一方面，在低能量電子繞射實驗結果中，電子入射動能75 eV時，可以發現鐵銥合金表面上存在有鐵的兩種結構：bcc(110) KS與bcc(111) (3/2×3/2)R20°。當鐵超薄膜樣品厚度大於5.8 ML時，此兩種結構會同時存在於加熱退火後的FeIr3合金表面；當厚度小於1.8 ML時，合金表面將只剩下bcc(111)結構。Item 抑制矽化物生成的低溫鐵薄膜之成長與磁性研究(2011) 涂文廷; Wen-Tin Tu相較於室溫成長，低溫下成長於矽基板上的鐵薄膜成功的減少了矽和鐵介面間的矽化物產生。在鐵矽介面間，5到15層低溫成長的鐵薄膜，在350K下都能夠維持穩定的狀態。同時，低溫成長的鐵薄膜其表面相當的平整，粗糙度約在0.4到0.6個奈米間。因此，低溫的鐵薄膜被用來做為一介面層，接續在室溫下繼續蒸鍍鐵薄膜。我們利用磁異相能的單一磁矩模型，來模擬矯頑場的變化，並推論和討論表面及體積異相能。Item 鈷及鐵薄膜於鎢(111)表面上的結構與磁性(2011) 林奕成; Yi-Cheng Lin在本篇報告中我們於100K的溫度將鈷或鐵蒸鍍在鎢(111)的表面並升溫至室溫後，藉著低能量電子繞射以及磁光柯爾效應探討其結構與磁性，此外我們將呈現樣品熱處理過程中所觀察到的特殊磁現象。Item 覆鐵或鎳薄膜在鉑針的皺化研究(2010) 洪萱臻; Syuan-Jhen Hong利用場離子顯微鏡(FIM)觀測蒸鍍鐵或鎳原子在鉑針上，加熱退火後的皺化行為。鐵鉑合金加熱退火至800～900K，有兩種金字塔稜線產生。一種為擴張的{100}、{110}及{111}切面在{351}切面的位置形成，另一種則是由{110}、{111}及{311}切面擴張，原子堆積在{231}切面形成金字塔稜線。而鎳鉑合金加熱退火至500～600K，由{110}、{111}及{311}切面擴張，在{231}的位置長成金字塔，可由FIM觀察其稜線。Item 鐵/鉑(111)超薄膜上曝氧之組成與磁性研究(2009) 李盈蓁我們利用歐傑電子能譜儀(AES)及表面磁光柯爾效應儀(SMOKE)探測鐵超薄膜在純白金上經曝氧後的成分及磁性變化。在室溫下對鐵/鉑(111)系統曝氧，樣品表面含氧量隨著曝氧量增加而變大，當樣品表面含氧量達到飽和之後，表面含氧量即不再變化。從曝氧量的分析得知，平整的鐵薄膜表面較易形成鐵氧的化合，當表面形成氧化鐵之後，會開始出現島狀結構使表面變得不平坦，此時氧原子進行物理吸附速度會加快。不同厚度的鐵/鉑(111)樣品曝氧後，磁化易軸與未曝氧的系統一樣皆為縱向，然而受到表面形成之氧化鐵為弱鐵磁性所影響，表面曝氧達飽和吸附後，柯爾訊號會變弱。分析熱退火對曝氧前後之2 ML、3 ML鐵/鉑(111)系統的矯頑場之影響，我們發現無論是曝氧前或曝氧後的系統，其矯頑場在退火之後皆會上升，但是曝氧後的樣品矯頑場在較低的退火溫度即開始上升，可能是因為表面形成之氧化鐵具有鍵能較強的離子鍵，使得鐵原子不易向鉑基底擴散，因此能和鉑形成合金的純鐵厚度減少，使混合溫度提前。另外，鐵鉑合金會使矯頑場上升，然而表面氧化鐵形成會造成樣品的居禮溫度下降，此兩現象相互競爭，結果使矯頑場的變化並非隨著溫度升高而持續上升。從運用於磁記錄體的觀點出發來看，表面氧化鐵的形成對鐵鉑合金系統而言，因為不利於矯頑場增進的現象，因此較沒有實用的價值。Item 鐵薄膜與鉑基底間溫度相依的介面擴散行為(2009) 蔡蕙雅; Hui-Ya Tsai我們利用歐傑電子能譜術配合離子濺射，觀察隨離子濺射打掉表面原子系統表面的組成變化，分析1ML Fe/Pt(111)系統經升溫熱退火後鐵原子的擴散情形，並搭配理論估算鐵在合金各層的分布比例。 觀察570K，700K，910K熱退火後的鐵原子擴散，經由歐傑縱深分析後發現鐵原子大部份分布在表面前兩層至第三層，其中700K與910K鐵原子與白金在表層混合均勻，同時配合理論估算得知700K熱退火後，鐵原子在第一層佔73%，在第二層佔23%；910K熱退火後鐵原子在第一層佔 70%，第二層佔21%，比例差異不大。 1017K下的鐵原子則已經鑽入內層與白金均勻混合成類似塊材合金的結構。以理論估算得知鐵原子在每一層比例佔11%至15%，表示鐵原子往內層擴散並與白金混合均勻。