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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 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 鈷/石墨烯的電化學與磁特性研究(2020) 楊廷勛; Yang, Ting-Xun本實驗利用原子力顯微鏡及磁光柯爾效應儀，對於濺鍍鈷成長於商用石墨烯/銅樣品，研究鈷/石墨烯的微結構對磁特性及電位磁控制之表現。本研究發現奈米級的濺鍍鈷薄膜成長於石墨烯樣品呈現出縱向磁異向性，同時透過磁光量測及原子力顯微鏡的確認發現該商用石墨烯/銅樣品表面具有規則化的刻痕，由於形狀異向性的影響，其縱向磁化產生了二對稱的面上難軸與面上易軸，而本系統的矯頑力隨著鈷厚度漸增，直到30 nm時達到穩定。 因此本研究群挑選20及30 nm的鈷/石墨烯樣品放入電化學反應槽進行電位磁控制的研究，然而已知不同的樣品在化學溶液中會產生各種氧化還原的變化，因此透過循環伏安法對鈷/石墨烯樣品進行研究是不可或缺的。本研究採用了溶液10及100 mM KCl分別加入0.1 mM HCl，發現了鈷及銅的氧化還原電位、氯離子吸附與退附電位以及HER反應電位，同時與能斯特方程預估的相同，較濃的溶液將使得氧化還原電位上升。 根據循環伏安法的研究結果，於是在電位磁控制的研究中將分成三個部分進行說明，分別是濃度、電位以及氯離子吸附對矯頑力的影響研究，並且分別選擇了不反應的電位區間及氯離子吸退附電位進行比較。可以明顯的發現濃度、電位較高以及未吸附氯離子的樣品表現出較高的矯頑力，這些現象共同表現出電雙荷層對於樣品表面磁異向能的影響進而產生矯頑力的電位磁控制特性。特別值得一提的是上述的電位磁控制研究皆為可逆控制，這對於其元件開發顯示出優異的應用價值。 關鍵字: 鈷 、石墨烯、電位誘導磁異向性、循環伏安Item 雙羧基紫精對 Co/Cu(100) 薄膜的磁性影響研究(2012) 周依函本研究利用電鍍的方式成長鈷薄膜於銅(100)，並量測其磁性表現，之後加入紫精酸分子於水溶液中，探測其磁性表現，並改變基底電位做一系列磁性表現之研究。首先，以紫精酸加入鹽酸水溶液中，了解紫精酸吸附於基底銅之情形，發現以負電位方向掃描可以使表面上的紫精酸排列較為一致。再者，研究鈷吸附於銅表面上，發現在銅臺階邊緣容易有鈷的吸附，且較難退吸附；而在銅臺階上較少鈷的吸附，且較易退吸附。嘗試以不同電位電鍍鈷薄膜，發現在-1050毫伏電鍍，形成的鈷薄膜較為平整，量測其磁性其矯頑場較小；以-1150毫伏電鍍鈷，形成的鈷薄膜表面起伏較大，薄膜之矯頑場較大。綜合以上條件，以-1050毫伏電鍍鈷薄膜，再將基底電位至-850毫伏、-800毫伏、-750毫伏、-700毫伏量測磁性，發現隨基底電位改變，薄膜之矯頑場變大，證明在這一簡單的單一磁性薄膜系統之磁性表現，可藉由水溶液中電位之改變來調變。接著，以相同的薄膜，將水溶液中加入紫精酸分子，同樣將基底電位設定為-850毫伏、-800毫伏、-750毫伏、-700毫伏量測其磁性表現，發現隨電位改變薄膜之矯頑場會變大。比較相同層數的鈷薄膜，在相同電位下，水溶液中含紫精酸時的矯頑場較小，表示薄膜與水溶液之介面會影響薄膜磁性的表現。Item 紅熒烯/鈷雙層結構在矽(100)上的結構與磁性研究(2012) 許智瑜我們利用原子力顯微鏡(AFM)、磁光柯爾效應儀(MOKE)以及與外校合作的X光繞射儀，去探測磁控濺鍍的鈷(cobalt)與蒸鍍的紅熒烯(Rubrene)在矽(Si)(100)基板上的結構與磁性，首先第一部分探討單一種材料Co/Si(100)與Rubrene/Si(100)的磁特性、表面結構以及整體結構，鈷有hcp結構，紅熒烯有網狀結構且在450 K與550 K兩個溫度退火後，結構變差。再來第二部分兩種材料順序不同分成三組，第一組Co/rubrene/Si(100)、第二組中間Rubrene退火Co/Rubrene-550k/Si(100)，以及第三組Rubrene/Co/Si(100)三組，磁特性與結構的不同，以及結構與磁性的相互影響。第一組與第二組矯頑力與表面粗糙度相關，表面粗糙度越大，矯頑力越大。第三組上層紅熒烯薄膜會衰減殘磁與飽和磁化量的強度。最後一部分由於應用元件常以多層膜方式來製作，可以增進由介面效應所引致的特殊磁特性，以及增進各磁性層間的交換耦合作用影響，第三部分分析多層膜(20 nm Rubrene/40 nm Co)7/Si(100)的磁性與結構，每一層鈷的結構再蒸鍍上紅熒烯後都會重新恢復平坦表面，且矯頑力更小。Item 鈷在銀/鍺(111)-c(2×8)及鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)及(4×4)表面的結構衍化(2012) 徐仲俞; Hsu,Chung-Yu我們利用歐傑電子能譜(Auger electron spectroscopy，AES)、低能量電子繞射(low-energy electron diffraction )來深入探討銀在鍺(111)-c(2×8)及鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)R30°及(4×4)隨著不同退火溫度下表面的結構衍化。 室溫下，銀原子在鍺(111)的成長模式為層狀成長之後再以三維島狀的Stranstri-Krastanov (SK) mode。室溫蒸鍍不同鍍量的銀在鍺(111)-c(2×8)上並退火到420 K至930 K之間，隨著溫度上升至570 K，超過1 ML的銀原子會退吸附直到剩下1 ML的銀，最後在退火溫度為930 K時，銀原子會完全退吸附。在退火過程中，隨著不同的退火溫度及銀鍍量，銀/鍺(111)的結構，由原本的c(2×8)分別會形成(1×1)、(3×1)、(4×4)或(√3×√3)R30°的結構。 室溫蒸鍍鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3) R30°及(4×4)上並退火到420 K至930 K之間，鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)R30°及(4×4)的結構上，在退火溫度570 K時，鈷會形成(√13×√13)及(2×2)的重構，而在退火溫度為650 K和730 K時，鈷都是形成(2×2)的重構，在退火溫度為830 K時，鈷原子會退吸附，此結果顯示鈷與基底不會形成合金。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 新穎材料 Cs2Nb4O11 與 MexMn1-xS ( Me = Co, Gd ) 之光譜性質研究(2010) 黃俊儒; Chun-Ru Huang們研究Cs2Nb4O11單晶樣品的光譜性質。Cs2Nb4O11於165 ℃展現反鐵電相轉順電相的相變，第一原理理論計算顯示，氧八面體中心的Nb(4)與Nb(5)的位移為相變主要機制，NbO6八面體沿著c-axis位移而造成氧原子週遭的環境不同，受到其它原子的吸引或排斥，所以高溫橢圓偏振光譜 ( T = 165 ℃) 顯示氧原子2p軌域上的電子躍遷至鈮原子3d軌域所需要的能量( 4.95 eV與6.07 eV )受到了影響。 其次，我們研究MexMn1-xS (Me = Co, Gd)多晶樣品的變溫拉曼散射光譜。隨著摻雜Co離子濃度增加，CoxMn1-xS樣品顯現值得注意的重點包括(i) 840 cm-1拉曼峰有藍移的現象；(ii) 840 cm-1拉曼峰隨著溫度降低有紅移的現象。我們推測840cm-1拉曼峰與小極化子機制有緊密的關連性，經由小極化子的理論分析顯示出其束縛能隨著居里溫度的降低而增加。此外，位於1000 cm-1的拉曼峰在溫度低於尼爾溫度時，其拉曼峰權重會上升。以上這些實驗結果驗證材料為具有複雜自旋-聲子交互作用的系統。Item 奈米級Rubrene/Co薄膜之結構、電性與磁性(2014) 楊鈞凱; Andy本實驗利用磁控射頻濺鍍的方式成長鈷，以及蒸鍍的方式成長紅熒烯，在單晶矽(100)上成長複合結構，再配合磁光柯爾效應儀進行磁性分析、原子力顯微鏡進行表面結構分析、還有Keithley2400進行電性量測。第一部分的實驗先探討鈷/矽基板的表面結構與鍍率，在特定條件下將鈷濺鍍在矽基板上會有三角錐的結構，再來是紅熒烯/矽基板各種溫度與厚度的表面結構與鍍率，而在不同溫度下蒸鍍紅熒烯其成長的方式大致上相同，不過蒸鍍溫度越高的情況下成長流程會在越薄的厚度就完成。第二部分是將紅熒烯(1、4 nm)蒸鍍在矽基底上，使紅熒烯成顆粒結構，藉此限制鈷的成長範圍，再將鈷濺鍍上去，在1 nm紅熒烯這組實驗中，鈷的hcp結構能從紅熒烯顆粒中露出的矽基底順利成長出來並蓋住整個表面，殘磁與飽和磁化量皆隨鈷增加而增加，由於鈷的hcp結構異向能強，因此可以保持矯頑力穩定，不隨表面粗糙度變化，而在4 nm紅熒烯這組實驗中，由於底下的紅熒烯非常緻密，以至於能從細縫中以hcp結構成長出來的鈷極少，必須濺鍍到相當厚度的鈷才能觀察到三角錐，而殘磁與飽和磁化量也隨鈷厚度增加而增加，矯頑力也是保持穩定。第三部分則是針對紅熒烯做電性量測，一共做了CPP量測、四點量測及兩點量測三種，發現因為濺鍍的鈷的動能大，因此會混入紅熒烯中，形成混合層，而我們可以利用所量測到的電阻值定出混合層中有多少的鈷及多少的紅熒烯。Item 以電鍍方法成長Co/Pt(111)薄膜及其磁性研究(2015) 郭唯旭; Kuo, Wei-Hsu在研究中，使用電化學的方式在水溶液環境中成長Co薄膜在Pt(111)上，透過加入Pb與紫精酸形成完全不同的磁性異質介面，研究Co薄膜受到不同的介面異向能以及不同的量測電位對磁特性的影響，利用循環伏安法(cyclic voltammetry, CV)鑑定成分，並使用磁光柯爾效應(Magneto-optic Kerr effect, MOKE)進行磁特性的量測。 實驗中Co薄膜成長在Pt(111)上並不會形成合金亦不會形成磁性死層，在5 nm 以上時可以穩定存在，不與溶液中的各種離子起化學反應，並且在不同的量測電位可以發現矯頑力會受到電場影響而增強的現象。 在Co/Pt(111)上加入Pb的覆蓋層，發現矯頑力並無明顯變化，推測是Pb只吸附在薄膜上不與Co形成合金態，且並未影響介面結構，導致矯頑力不變。 加入紫精酸則可發現矯頑力受到介面異向能的改變而變化，然而飽和磁化量、殘磁以及方正度均沒有明顯的變化，在不同的電位量測紫精酸對矯頑力的影響，發現紫精酸隨著電位變化，因為各個不同的官能基受到電位影響的能力不同，產生了不同的吸附狀態，使得表面的電子分布不同進而讓表面的鈷原子間自旋或軌道的角動量耦合改變，這樣的現象可近似於表面磁矩間耦合的缺陷增強或減弱而使得矯頑力變化，而這樣的表面現象僅影響薄膜的表面，因此表面特性的貢獻比例會持續隨著膜厚下降，此研究結果發現在此系統中可以利用電位的不同來瞬間控制磁性薄膜的矯頑力變化，極富應用價值。