物理學系
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Item 鎳/鈷/鉑(111)及鈷/鎳/鉑(111)系統其結構與磁性性質之研究(2006) 何慧瑩; Huei-Ying Ho本研究論文主要是利用歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy; AES)，低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction; LEED)，紫外光能譜術(ultra-violet photoemission spectroscopy; UPS)、以及磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect; MOKE) 來研究Ni/Co/Pt(111) 及Co/Ni/Pt(111) 鏡像系統其成長模式、合金形成及表面磁性的關係。 根據LEED(0,0)光束強度及AES訊號強度隨蒸鍍時間變化的關係，我們得知在室溫條件下，無論是Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 上成長(ML: monolayer)，或者是Co超薄膜在1 ML Ni/Pt(111)上成長時，都會先形成2層的層狀成長之後才開始3維的島狀成長。對此二系統而言，其升溫形成合金的過程都可被分成2階段，首先是升溫過程中，Co和Ni會先混合，然後Ni-Co混合層在更高溫時會擴散進入Pt基底，形成Ni-Co-Pt合金。其中，1-3 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統開始產生Ni與Co混合的溫度皆為420 K，此溫度與Ni覆蓋層的厚度無關；然而對1-3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111) 系統而言，產生Ni與Co混合的溫度隨Co覆蓋層的厚度增加而升高。此二系統的Ni-Co混合層開始擴散進入Pt基底形成Ni-Co-Pt合金的溫度，皆隨著覆蓋層的厚度增加而升高。 我們同時也量測在室溫成長時，其磁性隨覆蓋層厚度變化的關係。1層至24層Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 成長時，其磁化易軸(the easy axis of the magnetization)會在垂直樣品表面的方向，具有很強的垂直磁異向性(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)；1至3層Co原子層蒸鍍在1 ML Ni/Pt(111)上，無論是垂直或者是平行樣品表面我們皆量測不到磁滯的訊號，此現象可能與Ni緩衝層阻隔了Co與Pt接觸有關。樣品經過升溫效應所產生的磁性變化其擴散過程一致。經過高溫處理過後的樣品形成了Ni-Co-Pt合金，合金的矯頑力(coercivity)大小可經由升溫時產生的合金濃度變化來控制。 根據比較1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)與1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的實驗結果，我們發現當退火溫度(annealing temperature)介於750 K 和780 K之間時，表面合金結構會由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3，藉由計算接近居禮溫度(Curie temperature)時的值(critical exponent)，我們得知此時表面的磁性結構亦由2維磁性結構的轉變成3維磁性結構，並且，在表面合金結構由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3之時，居禮溫度隨退火溫度升高而下降的現象變得更明顯。此外，在相同退火溫度條件下，1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的居禮溫度一直比1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)系統的居禮溫度高，我們認為這種現象與Ni、Co的成分比有關。我們也經由研究2 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、2 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)、12 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、以及24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)等系統來探討Ni、Co的成分比對居禮溫度的影響。 另一組鏡像系統，2 ML Ni/2 ML Co/Pt(111)和2 ML Co/2 ML Ni/Pt(111)，經過退火之後，我們意外地發現樣品產生了spin reorientation transition (SRT)，這種現象在以1層Co及1層Ni當作緩衝層的系統中，完全沒有被發現過。我們認為Ni、Co的成分比及其分佈的均勻度應是造成此現象的重要因素，在本論文中我們會加以討論。Item 鎳在鍺(111)-c(2x8)及銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長(2012) 李振豪; Jhen-Hao Li在室溫下蒸鍍少量鎳原子於鍺(111)-c(2x8)重構之上，並以掃描穿隧顯微鏡觀測其在不同加熱退火溫度下的改變。隨著加熱退火溫度的提升，原先分散於樣品之上的原子團聚集並形成了四種具有不同結構的原子島。當加熱退火溫度再度提升之後，表面上的原子島全數消失，只剩下極少量不規則的原子團，推測消失的原子島已鑽入基底之下。 在鍺(111)-c(2x8)重構之上蒸鍍銀並加熱退火使樣品表面轉變為銀/鍺(111)-(√3x√3)重構後，於室溫蒸鍍少量鎳原子並以掃描穿隧顯微鏡觀測其表面結構在不同加熱退火溫度下的改變並與鎳鍺系統的實驗結果比較，STM圖像顯示銀能夠保護基底不受鎳原子的破壞，然而在加熱退火溫度提升的過程中，原子島的總體積亦隨之上升，顯示銀並無法完全阻止鎳原子與基底形成合金。而在樣品表面上發現的三種不同結構的原子島中，其中一種未曾於鎳鍺系統中發現，代表銀在此系統中起了很大的作用。Item 氫、氧誘發鎳表面金字塔型單原子針尖(2009) 戴鵬哲; Peng-Che Dai本實驗利用氣體誘發與加熱退火的方式成長鐵磁性單原子針。觀察鎳在不同溫度及不同氣體的環境下加熱退火後各切面擴張的現象。當曝氫氣壓~10-7 torr並且600K加熱5 分鐘，觀察到{311}擴大的現象；接著再曝氧~10-7 torr於600K加熱5 分鐘後(110)擴張與{311}共同取代(210)而形成單原子針。 成長的單原子針依照面心立方堆積，則每層原子數為1、6、15…等，而若因成長速度差異造成(110)面缺少一層，就可觀察到每層原子數為1、3、10…的特殊面心立方堆積單原子針。Item 鈷/鎳/鉑(111) 的成長與合金形成(2005) 林元祥我們利用歐傑電子能譜(Auger Electron Spectroscopy， AES)、低能電子繞射（Low Energy Electron Diffraction， LEED）、以及紫外光電子能譜術(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy， UPS)來深入探討鈷超薄膜鍍於 1ML Ni/ Pt(111) 的成長模式以及在高溫形成合金時的成份、結構變化。 室溫下，鈷薄膜鍍於1ML Ni/ Pt(111)的成長模式為兩層層狀成長之後再以三維島狀的S. K mode。由AES、LEED均能得到相同的結果。 鈷鍍在1 ML Ni/Pt(111)下，隨著鈷層數的增加，鈷、鎳混合的溫度會愈增加。鈷的層數在1 ML、2 ML、3 ML時，其鈷鎳混合溫度分別為420 K、500 K、600 K。混合後鈷與鎳會一起往白金擴散，層數愈高，往白金擴散的溫度也跟著愈高。依鈷層數1 ML、2 ML、3 ML，往白金擴散的溫度為580 K、600 K、700 K。 在1ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在經過退火效應後，LEED繞射圖形在573 Ｋ前為（1×1）周圍有六角衛星點，超過573 K時六角衛星點便會消失，而在639 Ｋ時(1×1)周圍又出現了更小的三對稱衛星點，798 K時衛星點消失，剩下(1×1)的繞射亮點。 在2ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在經過退火效應後，LEED繞射圖形在513 K以前（1×1）周圍皆有六角衛星點，過了513 K六角衛星點消失，剩下（1×1）的繞射亮點。 UPS的分析中，2ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在升溫至598 K以上，出現明顯的變化，此與AES中鈷、鎳往白金擴散的溫度相呼應。Item Co/Ni/Pt(111)的磁性研究(2006) 游勝凱我以實驗室自製的磁光柯爾效應儀（SMOKE），進行不同層數的Co原子層在up layer，以1 ML Ni當buffer layer 在Pt(111)上的研究。就實驗室先前的研究，我們知道在平坦的Pt (111)表面鍍上Co超薄膜時，當Co薄膜的厚度小於4 ML時，具有垂直磁異向性（PMA），即磁化易軸的方向為垂直於樣品表面的方向(out-of-plane)，Co厚度繼續增加時，磁化易軸的方向會轉為平行於樣品表面的方向(in plane)，spin reorientation transition發生在4～5 ML間。我所研究的dCo Co/1 ML Ni/Pt(111)系統，室溫與450K下準備樣品，0～3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)進行SMOKE量測，在polar和longitudinal方向皆無訊號，而4＆5 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)，我們量測到longitudinal的柯爾訊號；而室溫準備樣品再升高到450K量測，發現1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的磁化易軸在out-of-plane方向，而2＆3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)無柯爾訊號，4＆5 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)，我們量測到longitudinal的柯爾訊號；並對dCo Co/1 ML Ni/Pt(111)系統做升降溫實驗，瞭解Co、Ni與Pt合金之後的磁性狀態。 另外，我也研究了dNi Ni/1 ML Co/Pt(111)系統，和先前實驗室將Ni超薄膜鍍在Pt(111)上，dNi Ni/Pt(111)的磁化易軸與樣品面夾一角度，經分析得 ，做個比較。學生所研究dCo Co/1 ML Ni/Pt(111)的系統，一開始1 ML Co/Pt(111)的磁化易軸為out-of-plane方向，蒸鍍上Ni原子層，直到24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)，磁化易軸仍為out-of-plane方向。並對2、12＆24 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)做升降溫實驗，瞭解Co、Ni與Pt合金之後的磁性狀態。 我的研究結果顯示，當僅有1 ML Ni當buffer layer，Ni在白金上為磁性的dead layer，所以當Co原子層鍍上去，沒有out-of-plane方向的磁化易軸，當Co原子層數大於3層，磁化易軸為in-plane方向，與Co塊材的磁性狀態相似。而1 ML Co當buffer layer，Co在白金上造成，磁化易軸即為out-of-plane方向，繼續鍍上鐵磁性的Ni原子層，造成磁化易軸的強度增強；所以Ni-Pt與Co-Pt造成不同的鐵磁性質。Item 鎳超薄膜在鉑(111)基板上之表面結構及表面磁光性質研究(2003) 蘇炯武; Chiung-Wu Su本實驗是利用歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀、紫外光電子能譜術以及利用表面磁光科爾效應來研究鎳金屬超薄膜在鉑金屬(111)表面上的結構及磁光性質。討論的範圍首先著重在鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磊晶成長模式、結構相圖和合金形成。我們經由歐傑電子能譜、低能量電子繞射及紫外光電子能譜的測量中發現鎳超薄膜在鉑單晶上是以2個原子層的層狀模式成長，且在磊晶的過程中我們更利用低能量電子繞射發現鎳超薄膜在鉑(111)表面上有一些有趣且特殊的結構：偽(1×1)超結構、(√3×√3)R30º、Ni(1.1×1.1)非同調性磊晶、衛星點結構以及(2×2)超結構。鎳原子發現在高溫時會擴散與鉑形成合金，當我們在進行0.8到3.0個鎳原子層熱處理時，結果發現當鎳的厚度愈高，鎳與鉑開始形成合金的溫度也就愈高。為了提高系統鎳超薄膜的膜厚準確度，我們利用兩種理論模型來計算並決定鎳超薄膜膜厚。此外，當經過高溫回火的鎳/鉑(111)表面經由離子濺射技術後亦發現表面組成大多為鉑原子所佔據，此部分確立了鎳原子與鉑原子形成合金的事實。 第二部分我們在鎳/鉑(111)表面上覆蓋銀原子層來研究鎳鉑合金形成因其所受到之影響並與未加銀原子層來做比較。結果發現，覆蓋銀原子層的鎳薄膜層必須上升到更高溫時才與鉑原子形成合金，而且銀原子層在熱處理的過程中並不擴散進入基底且都位於表面的最上層，更有趣的是我們發現在1 ML Ag/1 ML Ni/Pt(111) (ML:原子層)的樣品中經由高溫處理後形成有趣的(2×2)表面超結構，經由晶格常數計算、以及離子濺射實驗後，我們初步推斷最上層的銀原子以1/4的覆蓋率形成(2×2)超結構之後剩餘的3/4銀原子與最上層的1/4殘餘鎳原子形成Ag(75%)Ni(25%)的合金原子層，剩餘的則為鎳鉑合金層。 第三部分我們利用表面磁光科爾效應來探測鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磁光性質。鎳超薄膜在諸多系統中都發現具有dead layer的磁性質，故當我們在磊晶過程中探測鎳薄膜的磁光訊號中發現，將近有7層覆蓋率的鎳原子在室溫裡是沒有磁性的，累積到將近24層的鎳原子測得之最大科爾旋轉角也只有0.02º，並且在熱處理的實驗當中，我們發現膜厚與系統的居禮溫度有很大的關連性，甚至極有可能低於室溫。 此外，當磁性超薄膜鎳/鉑(111)表面間加進鈷原子層後，初步發現鎳原子會有初期升溫的過程中先與鈷原子在鉑表面上混合，高溫時再擴散進入鉑基底的特性。經由深度分析的實驗，雖然證明了鎳鈷原子都會與鉑形成合金，但是我們發現鎳原子卻擴散的比鈷原子更為深層。1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)樣品在垂直磁光效應的測量中，也同樣發現在鎳鈷原子混合時磁光訊號有微量的增加，然而之後主要的磁光訊號大增主因來自於鈷鉑形成合金所致，科爾旋轉角在高溫回火後增加為原先的兩倍之多，當我們對於1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面進一步的研究中發現，系統的居禮溫度隨著鎳鉑原子在表面的相對組成而有強烈的變化，而且接近甚至低於室溫，在表面化學組成計算後可以初步推論，若鉑原子含量在表面層愈多、鎳原子愈少的狀況下，系統的居禮溫度就愈低。結果發現，1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面樣品在經由830 K高溫回火後所測得之系統居禮溫度為275 K，此時所對應的表面化學組成為Pt(69%)Co(29%)Ni(2%)合金層。 最後，鏡射系統1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的磁光訊號測量也發現許多有趣且不同於1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的物理現象，在升溫的過程當中發現，特定的溫度範圍對於兩種系統有著截然不同的行為，我們發現在600 K到725 K的磁光訊號變化中對於Ni/Co/Pt薄膜有一極大值，然而對於Co/Ni/Pt薄膜卻發現有一極小值。此外，Co/Ni/Pt薄膜發現具有比Ni/Co/Pt薄膜更大的的矯頑磁場，我們初步認為這些有趣的物理現象來自於表面鎳鈷鉑原子的相對組成，以及許多特定穩定合金結構的形成，所以當我們又利用紫外光電子能譜來觀看這兩種磁性超薄膜系統經過高溫熱處理後時，我們可以確定表面原子態大多來自於鉑原子，換句話說，高含量的表面鉑原子是促成系統具有相當低的居禮溫度的主因。