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研究生: 李寶生
Bao-Sheng Li
論文名稱: 鐵與氧化鐵在鎢(111)與鎢(998)上的磁性研究以及鍍率對磁性的影響
Iron and Iron Oxide / W(111) & W(998) Magnetism Study and The Effect of Evaporation rate
指導教授: 林文欽
Lin, Wen-Chin
宋克嘉
Song, Ker-Jar
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 66
中文關鍵詞: 磁光柯爾效應矯頑磁場磁滯曲線偏移氧化鐵鍍率
英文關鍵詞: MOKE, Coercivity, Hysteresis loop, Bias, Iron Oxide, deposition rate
論文種類: 學術論文
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  • 在之前的研究裡[1],將鐵磁性材料如鐵(Iron ; Fe)或鈷(Cobalt ; Co)蒸鍍到單晶的鎢上,利用磁光柯爾效應(MOKE),發現某些樣品在縱向(in-plane)以及極化方向(perpendicular)上皆可以量測到300~900高斯的矯頑磁場(Coercivity),並且透過對樣品通以電流時,可以觀察到磁滯曲線(Hysteresis loop)產生很大的偏移(Bias)現象,最大可達150 高斯 / 1安培的偏移量[1],這種特異的磁性,激發我們很大的興趣。不過由於某些尚未掌握到的關鍵變因,使實驗結果的再現性大有問題。而本研究的動機是找到該關鍵變因,以利後續進一步研究。因歐傑能譜顯示具有特異磁性的薄膜樣品含氧及碳等元素,我們懷疑是雜質導致特異磁性,而進一步猜測也許是氧化鐵在”作怪”。故利用氧化鐵(Fe2O3)當作鍍源來模擬被氧化污染的純鐵,以及與純鐵鍍源交互鍍膜進行實驗,先使用殘氣分析儀(Residual Gas Analyzer)檢查鍍源,並利用歐傑電子能譜儀(Auger Electron Spectroscopic)與低能量電子繞射儀(Low Energy Electron Diffraction)來觀察薄膜的成分以及其表面形貌,再使用程式控溫熱脫附質譜儀(Temperature Programmed Thermal Desorption Spectroscopy)來確定薄膜厚度。對照之前的研究,發現鍍率(Deposition rate)也影響著薄膜的磁性性質,所以本次研究也嘗試著將鍍率當作操作變因來進行實驗。

    In the previous study [1], evaporating ferromagnetic material (such as Co and Fe) on the tungsten (111) single crystal which 300~900 gauss coercivity could be measured by the magneto-optical Kerr effect at in-plane and perpendicular direction. Furthermore, by adding current on the sample, the bias phenomenon of the hysteresis loop could be observed [1], with the corresponding magnitude being 30~150 gauss / 1A. However, as we are unable to find out which is the key variable, we cannot successfully repeat the same experimental results. In order to get the large coercivity and hysteresis loop bias on this system, this study is focusing on the situation which the evaporation source is oxidized.
    We use Iron oxide (Fe2O3) as evaporation source to simulate the condition of pure Iron which is oxidized. Depositing Iron and Iron oxide in turn, we wish to find out whether the phenomenon may be observed.
    Comparing with previous studies, we found that the deposition rate affects the magnetic properties of the thin films, this study also take this into account as the operating variable.

    國立台灣師範大學物理學系研究所 i 摘要 iii Abstract iv 誌謝 v 目錄 vi 圖目錄 viii Chapter 1 簡介 1 1-1 動機 1 1-2 鎢(111) & 鎢(998) 4 1-3 鐵與氧化鐵(Fe & Fe2O3) 7 A. Fe2O3 9 B. Fe 10 Chapter 2 實驗方法 12 2-1 樣品的安裝與準備 13 2-2 儀器架設 17 A. 歐傑電子能譜儀 17 B. 低能量電子繞射儀 18 C. 柯爾磁光效應 19 D. 程式控溫熱脫附質譜儀 21 E. 亥姆霍茲線圈 22 F. 鍍鎗 25 Chapter 3 結果與討論 27 3-1 低層數鐵薄膜的磁性 27 A. 碳與氧的飽和速率 28 3-2 鐵與氧化鐵 31 A. Mo 31 B. Fe2O3 / Fe / W 32 C. Fe / Fe2O3 / W 36 3-3 不同鍍率的鐵薄膜磁性研究 38 A. (270seconds vs. 70seconds vs. 20seconds) / 1TML 42 3-4 高鍍率下所成長的鐵薄膜的特性 44 A. 在退火至室溫之前的低溫特性 44 B. 樣品與線圈所造成的場之磁滯曲線偏移能力比較 46 C. 退火至500K後的變化 50 D. 縱向MOKE上的特殊現象 51 E. 在高鍍率下屏除溫度效應的磁性量測 52 Chapter 4 結論 54 Chapter 5 參考文獻 56 Chapter 6 附錄 57 A. 點焊 (spot welding) 57 B. 自製低能量電子繞射儀控制器 58 C. 歐傑電子能譜儀的鎢絲與電子倍增管的更換 61 D. 自製10K赫茲的帶通放大濾波器 63 E. 自製10K赫茲的低通放大濾波器 64 F. 自製高通濾波器 65 G. 自製光偵測器 66

    [1] Structure and Magnetism of Co and Fe Films on W(111) Surface, NTNU Institutional Repository, Yi-Chen Lin, http://ir.lib.ntnu.edu.tw/handle/309250000Q/70615
    [2] Current-induced phenomenon on Fe/W(111) and the improvement of
    signal to noise ratio, NSYSU Institutional Repository, Chih-Hsiang Chang, http://etd.lib.nsysu.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=etd-0908111-121202

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