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研究生： 陳宿惠
Su-Hui Chen
論文名稱： 銀—鈷超薄膜在鉑（111）表面的磁性探討
Study of magnetism of Ag-Co ultrathin films on Pt(111) surface
指導教授： 沈青嵩
Shern, Ching-Song
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2000
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 128
中文關鍵詞： 表面磁光柯爾效應 、磁性 、銀鈷超薄膜
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：196  下載：7 
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    • 本實驗以實驗室自製的表面磁光柯爾效應儀(Surface Magneto-Optical Kerr Effect，SMOKE)進行銀-鈷超薄膜的表面磁性研究。配合歐傑電子能譜術(Auger Electron Spectroscopy，AES)鑑別樣品清潔及表面成分。鍍膜時，利用歐傑訊號強度比，計算出薄膜厚度。並配合低能量電子繞射儀(Low Energy Electron Diffractometer，LEED)，研究表面結構。加上離子濺射，來了解經過退火效應後，界面組成成分的變動。
    在Pt(111)表面鍍上2ML的鈷超薄膜之後，再鍍上1ML的銀超薄膜，發現在鍍上非磁性的銀薄膜之後，柯爾訊號(Kerr signal)如預期中並無變化。而矯頑磁場Hc(coercive field)有些許增大。然而，再繼續鍍銀上去，Hc並未隨著銀厚度的繼續增加而有增大。接著使樣品經過710K的退火溫度後，發現到不僅柯爾訊號增強，而且矯頑磁場也增強許多。
    對1ML Ag/1ML Co/Pt(111)進行磁性探測，使樣品經過710K的退火溫度後，在降溫過程中意外發現到，大約在475K(約200℃)左右仍有柯爾訊號。但是，將樣品繼續降回室溫，竟然發生柯爾訊號消失的奇特現象。而且，再將溫度升到475K左右，柯爾訊號又出現，再降回室溫又消失，重複好幾次皆是如此，具有可回復(reversible)的特性。經過仔細研究，發現是由於在降到室溫左右的時候，矯頑磁場Hc之量值有明顯的增加。因此，外加有限的磁場大小，無法量測出柯爾訊號。實際上，柯爾訊號仍然存在，只是因為Hc變得很大，導致量測不到柯爾訊號。
    為了了解此一現象的物理意義，我們由AES、LEED及紫外光電子能譜術(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，UPS)來探討物理原因，觀察在475K左右及室溫的變化情形。從LEED及UPS並未發現到有明顯的變化。不過，由AES訊號，我們觀察到在475K左右的時候，鈷和銀的歐傑訊號，有些微的下降，表示有部分的鈷原子和部分的銀原子往下擴散。而降回室溫時，鈷和銀的歐傑訊號，又有些微的上升，表示部分的鈷原子和部分的銀原子往上移動。所以，我們初步研判，在高溫時，鈷和白金的界面較為重要。而在低溫時，變成鈷和銀的界面較為重要，導致矯頑磁場增大，使得柯爾訊號量測不到。

    第一章 緒論…………………………………………………………1 第二章 基本原理……………………………………………………4 2-1薄膜成長…………………………………………………………4 2-1-1成長模式……………………………………………………4 2-1-2影響薄膜成長的因素………………………………………5 2-2薄膜厚度的決定…………………………………………………7 2-2-1由歐傑訊號刻度薄膜厚度…………………………………7 2-2-2由歐傑訊號計算薄膜厚度…………………………………8 2-2-3由繞射亮點強度決定膜厚…………………………………19 2-2-4由石英震盪膜厚偵測儀決定膜厚…………………………19 2-3鐵磁性物質………………………………………………………20 2-3-1鐵磁性物質的特性…………………………………………20 2-3-2居里溫度……………………………………………………21 2-4磁異向性簡介……………………………………………………23 第三章 儀器設備與工作原理………………………………………25 3-1超高真空系統……………………………………………………25 3-1-1為何需要超高真空環境……………………………………25 3-1-2超高真空系統裝置…………………………………………28 3-2歐傑電子能譜術…………………………………………………35 3-2-1歐傑效應……………………………………………………35 3-2-2阻滯電場能量分析器………………………………………37 3-2-3歐傑電子能譜術的應用……………………………………40 3-3低能量電子繞射儀………………………………………………44 3-3-1低能量電子繞射基本原理…………………………………44 3-3-2低能量電子繞射儀的工作原理……………………………46 3-3-3低能量電子繞射儀的種類…………………………………48 3-4表面磁光柯爾效應儀……………………………………………49 3-4-1磁光柯爾效應原理…………………………………………49 3-4-2磁滯曲線的量測原理………………………………………55 3-4-3表面磁光柯爾效應儀的器材元件…………………………58 3-4-4表面磁光柯爾效應儀的優缺點及重要性…………………61 第四章 實驗結果與討論……………………………………………63 4-1樣品準備…………………………………………………………63 4-2鈷鍍源的刻度……………………………………………………64 4-2-1由歐傑訊號刻度鈷薄膜厚度………………………………64 4-2-2由歐傑訊號計算鈷薄膜厚度………………………………65 4-3銀鍍源的刻度……………………………………………………72 4-3-1由歐傑訊號刻度銀薄膜厚度………………………………72 4-3-2由歐傑訊號計算銀薄膜厚度………………………………73 4-4柯爾旋轉角的測定………………………………………………78 4-4-1柯爾旋轉角量測方法………………………………………78 4-4-2柯爾旋轉角量測結果………………………………………78 4-5 3ML Ag/2ML Co/Pt(111)的磁性探測……………………………81 4-6 2ML Co/1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的磁性探測……………………85 4-7 1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的磁性探測……………………………89 4-7-1 1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的第一次實驗……………………89 4-7-2 1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的第二次實驗……………………97 4-7-3 1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的第三次實驗……………………101 4-7-4碳的因素……………………………………………………103 4-8 1ML Ag/1ML Co/Pt(111)的結構研究……………………………104 4-8-1 AES與溫度變化的關係……………………………………104 4-8-2 LEED與溫度變化的關係……………………………………108 4-8-3 UPS與溫度變化的關係……………………………………113 4-8-4 AES配合離子濺射作深度組成分析………………………117 第五章 結論…………………………………………………………122 第六章 參考資料……………………………………………………125 附錄一：磁場強度單位………………………………………………129 附錄二：SMOKE實驗之qbasic程式…………………………………130

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