臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要是利用X光近邊緣結構(X-ray absorption near edge structure，XANES)、延伸X光吸收精細結構(Extended x-ray absorption fine structure，EXAFS)以及X光磁圓偏振二向性(X-ray magnetic circular dichroism，XMCD)的量測來研究一系列摻雜銀之Fe3O4薄膜樣品的電子結構以及磁性質。在一系列摻雜銀Fe3O4薄膜樣品以及金屬銀(Ag metal)的Ag K-edge EXAFS光譜圖的比較中發現銀原子聚集成為銀的顆粒。在O K-edge以及Ag L3-edge XANES光譜中顯示在Fe3O4中有電荷轉移至銀的晶粒，而在Fe L3,2-edge XMCD譜圖以及磁滯曲線的量測中也指出銀晶粒的存在降低了鐵離子的平均自旋磁矩以及Fe3O4的飽和磁化強度。

The electronic and magnetic properties of Ag-doped Fe3O4 films were studied by x-ray absorption near-edge structure (XANES), extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) measurements. A comparison between the Ag K-edge EXAFS Fourier transform spectra of Ag-doped Fe3O4 and the Ag metal shows that Ag atoms aggregate into Ag granules. The O K-edge and Ag L3-edge XANES spectra consistently indicate an electron transfer from the Fe3O4 host into Ag granules. The Fe L3,2-edge XMCD spectra and hysteresis measurements reveal that Ag granules reduce the average magnetic moment of Fe ions and the saturation magnetization of Fe3O4.

致謝
中文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
英文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
圖表目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
第一章、 樣品簡介•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
(一) Fe3O4的晶體結構與磁性結構•••••••••••••••••••••••••••••••••••7
第二章、X光吸收光譜簡
介•••••••••••••••••••••••••••••••••15
(一) 吸收截面與E0值••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16
(二) X光吸收近邊緣結構(X-ray absorption near-edge structure, XANES) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
(三) 延伸X光吸收精細結構(Extended x-ray absorption fine structure , EXAFS) ••••••••••••••••••••19
(四) 實驗方法•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
(五) 數據分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
第三章、X光磁圓偏振二向性能譜(X-ray magnetic circular dichroism , XMCD)簡介•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
(一) 理論模型••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
(二) 實驗方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
第四章、 Ag(x)-Fe3O4薄膜之電子、原子與磁性研究••••••••••••37
(一) 研究目的/動機•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37
(二) 實驗•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••38
(三) 實驗數據分析與討論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
(四) 結論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••58
第五章、總論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••59
參考文獻•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••61

圖表目錄
圖1-1 Fe3O4的電導率與溫度變化圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
圖1-2 (a) Spinel晶體結構示意圖；(b)四面體示意圖；(c)八面體示意圖………………………………………………………………••10
圖1-3 超交互作用的d和p軌道示意圖……………………………12
圖2-1 光子能量與銅吸收截面關係圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
圖2-2 XANES與EXAFS分界圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖2-3 光電子平均自由路徑與能量關係圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖2-4 單一散射與多重散射之圖像••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
圖2-5 射出電子受鄰近原子的背向散射而產生干涉現象••••••••••••••23
圖2-6 X光吸收光譜實驗示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
圖2-7 三種光譜量測方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
圖2-8 X光吸收光譜之數據分析流程••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
圖2-9 選擇能量底限E0值的不同方法•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30
圖3-1 Ni L3,2-edge吸收光譜。實線和虛線分別表示Ni對正磁場和負磁場的X光吸收光譜••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
圖3-2 Ni L3,2-edgeMCD譜圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
圖4-1 歸一化後Ag(x)-doped Fe3O4的O K-edge XANES••••••••••••••••••40

圖4-2 歸一化後Ag(x)-doped Fe3O4的Fe K-edge XANES••••••••••••••••42
圖4-3 歸一化後Ag(x)-doped Fe3O4的Ag L3,2-edge XANES•••••••••••••43
圖4-4 Ag K-edge EXAFS傅立葉轉換圖及k3χ(k)圖••••••••••••••••••••••••••••46
圖4-5 Fe K-edge EXAFS傅立葉轉換圖及k3χ(k)圖••••••••••••••••••••••••••••48
圖4-6 隨著Ag(x)改變，Ag(x)-doped Fe3O4的Fe L3,2-edge及XMCD光譜圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50
圖4-7 Ag(x)-doped Fe3O4的Fe L3-edge XMCD光譜圖及磁滯曲線••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51
圖4-8 Ag/Al(x)-doped Fe3O4的Fe L3-edge XMCD光譜強度積分•••••56
圖4-9 Ag(x)-doped Fe3O4的磁力顯微影像以及其相對應的Line scan圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••57

1.M. Imada, A. Fujimori, and Y. Tokura, Rev. Mod. Phys. 70, 1039 (1998).
2.Electronic Conduction in Oxides, 2nd edition by N. Tsuda, K. Nasu, A. Fujimori, and K. Siratory, Springer Series in Solid State Scienc Vol. 94 (Springer-Verlag, Berlin, 2000)
3.M. Johnson and R. H. Silsbee, Phys. Rev. Lett. 55, 1790 (1988); J. Daughton, J. Appl. Phys. 81, 3758 (1997); G. Hu and Y. Suzuki, Phys. Rev. Lett. 89, 276601 (2002).
4.J. Chen, D. J. Huang, A. Tanaka, C. F. Chang, S. C. Chung, W. B. Wu, and C. T. Chen, Phys. Rev. B 69, 085107 (2004)
5.R. A. de Groot, F. M. Mueller, P. G. van Engen, and K. H. J. Buschow, Phys. Rev. Lett. 50, 2024 (1983)
6.E. J. Verwey and P. Haayman, Physica (Amsterdam) 8, 979 (1941).
7.“現代磁性材料原理和應用”, R. C. O’Handley著, 周永洽等譯 (化學工業出版社&材料科與工程出版中心, 2002)
8.The Magnetic Properties of Solids, edited by J. Crangle (Edward Arnold, 1977)
9. “凝聚態物理學叢書 鐵磁學 上冊”, 戴道生、錢昆明著 (科學出版社, 1992)
10.J.-H. Hsu, S.-Yi Chen, W. M. Chang, T. S. Jian, C. R. Chang, and S. F. Lee, J. Appl. Phys. 93, 7702 (2003).
11.C. K. Yang, J. W. Chiou, H. M. Tsai, C. W. Pao, J. C. Jan, S. C. Ray, C. L. Yeh, K. C. Huang, H. C. Hsueh, and W. F. Pong, Appl. Phys. Lett. 86, 062504 (2005)
12.X-Ray Absorption : Principles, Application, Techniques of EXAFS,
SEXAFS, and XANES, edited by D. C. Koningsberger, and R. Prins, (Wiley, New York, 1988).
13.D. E. Sayers, E. A. Stern, and F. W. Lytle, Phys. Rev. Lett. 27, 1024 (1971).
14.NEXAFS Spectroscopy, edited by Joachim Stöhr (Springer-Verlag, Heidelberg, 1991).
15.E. A. Stern, M. Newville, B. Ravel, Y. Yaceby, and D. Haskel, Phys. B 208&209, 117 (1995).
16.EXAFS and Near edge Structure, edited by A. Bianconi, L. Incoccia and S. Stipcich (Springer-Verlag, Berlin, 1983).
17.EXAFS , Basic Principle and Data Analysis, edited by Boon K. Teo (Springer-Verlag, Berlin, 1986).
18.“安全訓練手冊”, 新竹同步輻射, 2001.
19.C. S Hwang, F. Y. Lin, C. H. Lee, K. L. Yu, P. K. Tseng, J. T. Lin, H. C. Tseng, W. C. Su, J. R. Chen, T. L. Lin, and W. F. Pong, Rev. Sci. Instrum. 69, 1230 (1998).
20.王其武編著, “X射線吸收精細結構及其應用”, 科學出版社, 1994.
21.F. M. F. de Groot, M. Grioni, J. C. Fuggle, J. Ghilsen, G. A. Sawatzla, and H. Petersen, Phys. Rev. B 40, 5715 (1989).
22.W. F. Pong, M. H. Su, M. H. Tsai, H. H. Hsieh, J. Y. Pieh, Y. K. Chang, K. C. Kuo, P. K. Tseng, J. F. Lee, S. C. Chung, K. L. Tsang, and C. T. Chen, Phys. Rev. B 54, 16641 (1996).
23.H. Kurata, E. Lefevre, C. Colliex, and P. Brydson, Phys. Rev. B 47, 13763 (1993).
24.W. Drube, T. K. Sham, A. Kravtsova, and A. V. Soldatov, Phys. Rev. B 67, 035122 (2003)
25.D. Hecht, P. Borthen, H-H. Strehblow, Journal of Electroanalytical Chemistry 381, 112 (1995).
26.D.C. Köningsberger and R. Prins, X-ray Absorption: Principles,Applications, Techniques of EXAFS, SEXAFS and XANES, Wiley, New York, 1988.
27.S. Son, M. Taheri, E. Carpenter, V. G. Harris, and M. E. McHenry, J. Appl. Phys. 91, 7589 (2002).
28.P. Kuiper, B. G. Searle, L.-C. Duda, R. M. Wolf, and P. J. van der Zaag, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 86, 107 (1997).
29.J. Chen, D. J. Huang, A. Tanaka, C. F. Chang, S. C. Chung, W. B. Wu, and C. T. Chen, Phys. Rev. B 69, 085107 (2004).
30.G. van der Laan and I. W. Kirkman, J. Phys.: Condens. Matter 4, 4189 (1992).
31.J. García, G. Subías, M. G. Proietti, J. Blasco, H. Renevier, J. L. Hodeau, and Y. Joly, Phys. Rev. B 63, 054110(2001)