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研究生: 黃盛吉
Huang, Sheng-Ji
論文名稱: 石墨烯/鈷/銥(111)插層結構的磁特性研究
指導教授: 蔡志申
Tsay, Jyh-Shen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 116
中文關鍵詞: 超薄膜磁性銥(111)石墨烯歐傑電子能譜磁光柯爾效應
DOI URL: http://doi.org/10.6345/THE.NTNU.DP.009.2018.B04
論文種類: 學術論文
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  • 本研究我們會系統化地研究不同界面對於鈷/銥(111)系統的磁性影響,利用歐傑電子能譜儀研究系統成分及化學狀態、表面磁光柯爾效應儀研究系統磁性變化。首先以石墨烯此一非金屬二維材料作為介面系統,並變更鈷厚度來探討石墨烯/鈷/銥(111)的影響變化。鈷薄膜皆會在熱退火後插層至石墨烯下方,並在鈷厚度還太薄時其系統的居禮溫度低於室溫,之後隨著鈷厚度增加,系統磁易軸會從極向慢慢轉往縱向,此外極向的矯頑力還會隨著鈷厚度增加而下降。之後嘗試覆蓋銀薄膜改變石墨烯/鈷的界面效應,同樣在熱退火後發現鈷會插層至銀/石墨烯下方,並發現銀能有效降低系統的極向矯頑力,更使得磁易軸轉換的鈷厚度得到提升,確切地顯示出銀薄膜能使得石墨烯/鈷/銥(111)系統的垂直異向性得到增強。本研究中覆蓋銀的方式有兩種,其一是直接在石墨烯/鈷/銥(111)上直接蒸鍍銀薄膜,另一種先製備鈷/銀/石墨烯/銥(111)系統後,再以熱退火的方式使其變成銀/石墨烯/鈷/銥(111)系統。兩種製備方式所量測出的磁滯曲線大有不同,後者能得出較為方正的磁滯曲線。但不論是何者皆顯示銀覆蓋層能使石墨烯/鈷/銥系統的磁易軸更加穩固在極向方向的作用。另外本碩論亦詳細計算出受銀影響前/後的介面異向能數值,這使其在自旋電子元件與磁紀錄媒體的開發上有所助益。此材料不論鈷或銀厚度如何,其各成分元素皆保持穩定的化學態,也即在生產階段可以保持良好品質的薄膜,應用於元件而具有優秀良率。

    摘要 5 第一章 緒論 6 第二章 基本原理介紹 11 2-1 薄膜成長理論 11 2-1-1 薄膜成長模式 11 2-1-2 影響薄膜成長的因素 12 2-2 物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD) 13 2-2-1 蒸鍍(evaporation) 13 2-2-2 濺鍍沉積(sputtering deposition) 14 2-3 化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD) 15 2-3-1 化學氣相沉積的原理 15 2-4 磁性物質 15 2-4-1 順磁性(paramagnetism) 16 2-4-2 反磁性(diamagnetism) 18 2-4-3 鐵磁性(ferromagnetism) 18 2-4-4 反鐵磁性(antiferromagnetism) 20 2-4-5 陶鐵磁性(ferrimagnetism) 20 2-4-6 超順磁性(superparamagnetism) 21 2-5 磁異向性理論 23 2-5-1 磁異向性 23 2-5-2 影響磁異向性的因素 25 2-6 材料介紹 27 2-6-1 基本特性 27 2-6-2 合金相圖 29 2-6-3 石墨烯/銥(111) 35 2-6-5 鈷/銥(111) 37 2-6-6 石墨烯/鈷/銥 39 2-6-6 銀/石墨烯/鈷/銥 41 第三章 實驗原理與儀器 43 3-1 超高真空系統(ultrahigh vacuum) 43 3-1-1 超高真空定義 43 3-1-2 超高真空系統裝置 44 3-2 歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy,AES) 49 3-2-1 歐傑效應原理與量測計算 49 3-3 低能量電子繞射儀(low energy electron diffractomerer,LEED ) 51 3-3-1 低能量電子繞射儀的基本原理 51 3-3-2 低能量電子繞射儀的內部結構與運作模式 52 3-3-3 低能量電子繞射儀的正面亮點分析 53 3-4 表面磁光柯爾效應(surface magneto-optic Kerr effect,SMOKE) 55 3-4-1 磁光柯爾效應理論 55 3-4-2 磁光科爾效應其量測原理 57 3-4-3 磁光科爾效應儀 60 第四章 實驗結果與討論 62 4-1 石墨烯/鈷/銥(111)研究 62 4-2 銀厚度變化對銀/石墨烯/鈷/銥(111)系統之影響探討研究 70 4-2-1 X ML Ag/Gra/4.5ML Co/Ir 70 4-2-2 X ML Ag/Gra/5.5ML Co/Ir 77 4-2-3 銀覆蓋層對主要磁特性變化影響 83 4-3 鈷厚度變化對銀/石墨烯/鈷/銥系統之影響探討 85 4-3-1 3 ML Ag/Gra/X ML Co/Ir 85 4-3-2 2 ML Ag/Gra/X ML Co/Ir 94 4-3-3 1 ML Ag/Gra/X ML Co/Ir 102 4-3-4 銀覆蓋層對主要磁特性變化影響 110 第五章 結論 112 附錄一 不確定度公式 113 參考資料 114

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