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研究生:游駿毅
研究生(外文):Chun Yi
論文名稱:鐵/鈮多層膜中的電性、磁性與超導性質的研究
論文名稱(外文):Electric、Magnetic and Supercondcuting properties of Fe/Nb multilayers
指導教授:姚永德姚永德引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:物理所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:146
中文關鍵詞:鐵/鈮多層膜中的電性磁性與超導性質的研究
外文關鍵詞:Electric、Magnetic and Supercondcuting propertie
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當超導層的庫伯電子對通過鐵磁層時,鐵磁層中的交換場將會拆散超導的庫伯電子對,因此影響超導/鐵磁多層膜的界面,同時也會降低超導的性質。從電流平行膜面的方式,並不能夠分析超導/鐵磁在界面的電子傳導行為,因為將無法測量到電阻(電流將只流入超導層)。所以使用電流垂直膜面的方式測量電阻(Current Perpendicular to Plane,CPP),使得電流強迫的進入鐵磁層,將可以分析出Fe/Nb(超導/鐵)多層膜在界面上的電阻。
我們成長了Fe/Nb/Fe三層與多層膜樣品,使用電流平行膜面的方式(Current In Plane,CIP)測量電阻,固定Fe的厚度改變Nb的厚度將可粗略定義出此多層膜的臨界厚度。(低於此厚度的Nb的多層膜將不會具有超導性稱臨界厚度),而Fe/Nb/Fe三層的臨界厚度粗略約是在34nm,同時從Z.Radovic’的鐵磁/超導/鐵磁的電子傳導理論模型,對Fe/Nb/Fe三層膜做理論上的擬合同時實驗值做比較。
另外在Cu/Co的多層膜中當Cu的厚度是0.9nm、2nm與 3nm,Co將透過Cu與相鄰的Co有反鐵偶和的現象,已被證實有較大的巨磁阻的效應(GMR),我們也嘗試將Cu改為Nb成長Co/Nb多層膜的樣品與成長Fe/Nb多層膜的樣品進行電流平行膜面於磁場平行膜面的情況下測量磁阻,發現Co/Nb多層膜與Fe/Nb多層膜將沒有巨磁阻的效應。
When the superconducting(S) electrons Cooper pair passes through ferromagnetic(F) layer, it experiences exchange field which favors ferromagnetic alignment. Cooper pairs will be depaired within a distance from the interface. We measured the electron scattering at the interface in F/S multilayers thin films. The current in plane method always gets zero resistance because of the S layer. We have compelled current though every interface of Fe/Nb(F/S) multilayers. This method is current perpendicular to plane (CPP) measurement. We can analyze the electron scattering of the interface in the S/F multilayers.
In this work, we study Fe/Nb/Fe trilayers thin film and multilayers. For constant Fe thickness, decrease of Tc with decreasing Nb thickness was observed down to a critical thickness dNb below which superconductivity vanishes. We found the critical thickness to be 34nm for the Fe/Nb/Fe trilayers. A theoretical model for the interpretation of experimental studies of F/S multilayers is provided by the microscopic theory by Radovic’et al.
Co/Cu multilayers thin films show spontaneous anti- ferromagnetic coupling when Cu thickness is 0.9nm, 2nm and 3nm which in turn causes giant magnetoresistance (GMR) effect. We replaced Cu with Nb but found no coupling in the Co/Nb multilayers. The Fe/Nb multilayer thin films are the same.
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要 ………………………………………………………………II
目錄……………………………………………………………………III
圖目錄 ………………………………………………………………VI
表目錄 ………………………………………………………………XIII
第一章 簡介 ……………………………………………………………1
1.1文獻回顧 …………………………………………………………2
第二章 超導原理簡介 …………………………………………………5
2.1 Meissner 效應 …………………………………………………5
2.2 二流體模型 ………………………………………………………8
2.3 London 方程 ……………………………………………………13
2.4 Pippard 方程與Ginzberg-landau 理論 ……………………15
2.5 BCS理論 …………………………………………………………19
2.5.1 Cooper 電子對 ………………………………………………19
2.6 超導的穿隧效應 …………………………………………………24
2.7 第Ⅰ類與第Ⅱ類超導體 …………………………………………28
2.8 Fe/Nb/Fe的擬合原理……………………………………………32
第三章、實驗儀器與實驗原理 ………………………………………35
3.1 薄膜形成之物理機制 …………………………………………35
3.1.1影響薄膜的成長因素 ………………………………………39
3.2 濺鍍原理…………………………………………………………41
3.2.1物理氣相沉積…………………………………………………41
3.2.2磁控濺鍍 …………………………………………………42
3.2.3濺擊產生率 …………………………………………………43
3.3 濺鍍系統…………………………………………………………44
3.4 四點量測法………………………………………………………49
3.5 超導量子磁量干涉儀(SQUID) …………………………………53
3.6 電流垂直膜面量測方式…………………………………………55
第四章、實驗結果 ……………………………………………………65
4‧1 Fe/Nb(鐵/鈮)多層膜電流平行膜面(Current In Plane ,CIP)的電性量測 ……………………………………………………65
4.1.1 {Fe(20nm)/Nb}6/Fe(20nm) …………………………………65
4.1.2 {Fe(20nm)/Nb}3/Fe(20nm) …………………………………69
4‧1‧3 {Fe(20nm)/Nb}/Fe(20nm)……………………………………72
4.1.4 {Fe(20nm)/Nb}/Fe(20nm)的理論擬合結果 ………………75
4‧2 Fe/Nb多層膜電流垂直膜面(CPP)的電性量測 ……………77
4.2.1 {Fe(200Å)/Nb(800Å)}N/Fe(200Å)& {Fe(200Å )/Nb(150Å)}N
/Fe(200Å) …………………………………………………79
4‧2.2 {Fe/Nb(800Å)}6/Fe & {Fe/Nb(150Å)}6/Fe ……………82
4‧2.3 {Fe(20nm)/Nb}6/Fe(20nm) …………………………………84
4‧3 Global fit……………………………………………………86
4.3.1 X-ray & TEM 分析樣品 ……………………………………94
4.4 磁阻的量測…………………………………………………100
4.4.1 {Co/Cu}20/Co的磁阻量測 ………………………………100
4.4.2 {Co(50Å)/Cu}100/Co(50Å)電流垂直膜面的磁阻量測……104
4.4.3{Co(50Å)/Nb}20/Co(50Å) …………………………………107
4.4.3{Fe(50Å)/Nb}20/Fe(50Å)……………………………………112
第五章 結論 …………………………………………………………124
附錄1 ………………………………………………………………126
參考文獻 ……………………………………………………………130
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