臺灣博碩士論文加值系統

本研究是利用X光散射以及電性與磁性量測來研究鐵基氧化物SrFeO3-δ(2.5＜3-δ＜3)的傳輸行為、調制結構與磁阻現象(MR)。在磁性的量測中，發現在溫度約為70 K時磁化率會急劇的下降，在低溫表現出反鐵磁相的行為；在電性的量測中，當溫度小於TCO ≈ 110 K時，電阻率開始呈現非線性的變化，且在低溫時表現出高電阻率，而且在60 K附近有熱滯現象的發生。利用X光散射，我們發現此異常的傳輸行為是跟電荷及電子自旋所形成的有序排列結構、及此調制結構所引起的晶格形變有關。此結果可用於了解鐵基氧化物SrFeO3-δ的磁阻現象。

We report the study of the magnetoresistance behavior and the charge/spin modulations in a high quality single crystal of SrFeO3-δ using magnetization, conductivity, and x-ray scattering. The crystal displays a sharp magnetic transition at T ≈ 60 K and a nonlinear conductivity behavior at about T ≈ 110 K, suggesting a 3-δ of about 2.81. In addition, there exists the hysteresis phenomenon with a transition width of about 10 K at T ≈ 60 K. A charge modulation was located at (0, 0, L ± q), q ≈ 0.36 to have a transition temperature of T ≈ 110 K by the use of x-ray scattering with x-ray energy of 10 keV and 12 keV. This is in accord with the nonlinear transport transition as observed by conductivity measurement. By the means of resonant soft x-ray diffraction around the Fe L-edge, we also observed the spin modulation (from paramagnetic to antiferromagnetic states) in agreement with the formation of spin ordering doubling the c-axis.

目錄

緒論 1
第一章 GMR與CMR介紹 3
1-1 雙交換機制 3
1-2 磁阻效應 5
1-3 電荷有序排列與Jahn-Teller distortion 10
第二章 X光散射與理論基礎 14
2-1 同步輻射 14
2-2 布拉格定律 (Bragg’s Law) 17
2-3 晶格體系與倒晶格 19
第三章 鐵氧化物SrFeO3-δ的簡介 23
3-1 SrFeO3-δ之製程 23
3-2 SrFeO3-δ之結構 25
3-3 SrFeO3-δ的物理特性 28
第四章 實驗儀器以及實驗方法 31
4-1 超導增頻磁鐵 31
4-2 八環繞射儀 32
4-3 偵測器與低溫系統 33
4-4 實驗方法與步驟 39
第五章 實驗結果與數據分析 44
5-1 樣品編號 44
5-2 SrFeO3-δ(01017) E=10 keV、E=12 keV實驗數據 45
5-3 SrFeO3-δ(01017) at Fe LⅢ-edge 實驗數據 57
5-4 SrFeO3-δ(01123) 實驗數據 60
5-5 實驗數據分析 64
第六章 結論 72
參考文獻 74


 
圖目錄

圖(1-1-1) La1-xAxMnO3之雙交互作用示意圖。 4
圖(1-1-2) 相鄰兩個core spin之夾角θ。 4
圖(1-2-1) 飽和磁場，上圖為GMR傳輸示意圖，下圖為等效電路圖。 7
圖(1-2-2) 零磁場，上圖為GMR傳輸示意圖，下圖為等效電路圖。 7
圖(1-2-3) Pr0.5Ca0.5MnO3的電阻與磁性量測。 9
圖(1-3-1) Fe3O4結構示意圖。紅色球為Fe(A)，綠色球為Fe(B)，藍色球為氧離子。 11
圖(1-3-2) Fe3O4的電阻量測。 11
圖(1-3-3) 錳氧八面體之能階圖。 13
圖(1-3-4) Jahn-Teller distortion示意圖，(a) 沿z方向拉長，(b) 沿z方向縮短。 13
圖(2-1-1) 同步輻射光示意圖。 14
圖(2-1-2) 同步輻射環。 15
圖(2-1-3) 電磁波譜。 15
圖(2-1-4) 插件磁鐵。 16
圖(2-2-1) 布拉格晶格繞射圖。 18
圖(2-2-2) 建設性干涉。 18
圖(2-2-3) 破壞性干涉。 18
圖(2-3-1) 單位晶胞。 19
圖(2-3-2) 十四種單位晶胞(Bravais lattices)。 20
圖(3-1-1) 高溫爐。 24
圖(3-1-2) 單晶SrFeO3-δ。 24
圖(3-2-1) 磁性量測，(a) SrFeO3-δ(01017)，(b) SrFeO3-δ(01123)，(c) P. Adler et al所做得磁化率量測。 26
圖(3-2-2) 電性量測，(a) SrFeO3-δ(01017)，(b) SrFeO3-δ(01123)，(c) P. Adler et al所做得電阻量測。 26
圖(3-2-3) SrFeO2.875結構圖。 27
圖(3-2-4) 八面體結構。 27
圖(3-3-1) SrFeO3，(a) 磁化率量測，(b) 電阻量測。 28
圖(3-3-2) SrFeO3-δ，(a) 磁化率量測，(b) 電阻量測。 29
圖(3-3-3) SrFeO2.5結構圖，空心圓為氧離子，大的實心圓為氧缺陷，小的實心圓為鐵離子。 30
圖(4-1-1) 光束線元件的示意圖。 32
圖(4-2-1) 八環繞射儀。 33
圖(4-3-1) 氣體游離腔。 34
圖(4-3-2) 偵測器。 35
圖(4-3-3) Cryostat carrier。 36
圖(4-3-4) Cryostat (ARS DE-202G)。 37
圖(4-3-5) 控溫器(Lakeshore model 331)。 37
圖(4-3-6) 氦氣壓縮機(Compressor)。 38
圖(4-3-7) Turbo-真空幫浦。 38
圖(4-3-8) 鈹窗。 38
圖(4-4-1) 四環繞射儀。 40
圖(4-4-2) 望遠鏡。 40
圖(4-4-3) 角向器與針尖。 41
圖(4-4-4) SrFeO3-δ。 41
圖(4-4-5) 八環繞射儀示意圖。 42
圖(5-2-1) 實驗幾何示意圖。 45
圖(5-2-2) SrFeO3-δ(01017)在溫度T = 20 K下，沿著倒晶格空間 H、K和L方向觀察布拉格反射面(0, 0, 4)的繞射峰資訊。實線為擬合之結果，實心球為實驗數據。(a) 倒晶格空間H方向，(b) 倒晶格空間K方向，(c) 倒晶格空間L方向。 46
圖(5-2-3) 沿L方向線性掃描。 48
圖(5-2-4) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間L方向觀察波向量 Qco(0, 0, 3.36)的積分強度(Integrated intensity)與半高寬(FWHM)隨溫度變化。實心球為積分強度，三角形為半高寬。 49
圖(5-2-5) SrFeO3-δ(01017)數據擬合之結果；實心球為實驗數據，實線為擬合結果。 50
圖(5-2-6) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間觀察波向量 Qco(0, 0, 3.36)的積分強度(Integrated Intensity)隨溫度變化。實心球為升溫過程，三角形為降溫過程。 51
圖(5-2-7) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間觀察波向量 Qco(0, 0, 3.36)的半高寬(FWHM)隨溫度變化。實心球為升溫過程，三角形為降溫過程。 52
圖(5-2-8) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間L方向觀察波向量 Qco(0, 0, 3+q) L值隨溫度變化。實心球為升溫過程，三角形為降溫過程。 53
圖(5-2-9) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間L方向觀察布拉格繞射峰 (0, 0, 4)之半高寬(FWHM)隨溫度變化。實心球為升溫過程，三角形為降溫過程。 54
圖(5-2-10) SrFeO3-δ(01017)電阻量測；插圖為SrFeO3-δ(01017)的品質，rocking curve 為0.125°。 55
圖(5-2-11) SrFeO3-δ(01017)磁化率量測，磁場B = 1 T，實心球為ZFC，空心球為FC；插圖為SrFeO3-δ(01017)的品質，rocking curve 為0.125 °。 56
圖(5-3-1) 樣品與光散射的幾何示意圖。 57
圖(5-3-2) 下圖為SrFeO3-δ(01017)的吸收光譜譜圖；上圖為SrFeO3-δ(01017)之波向量Qco(0, 0, 0.64)的繞射峰對能量的關係。 58
圖(5-3-3) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間L方向觀察波向量 Qco(0, 0, 0.64)的積分強度(Integrated intensity)與半高寬(FWHM)隨溫度變化。實心球為積分強度；三角形為半高寬。 59
圖(5-3-4) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間觀察波向量 Qco(0, 0, 0.64)的L方向隨溫度變化。 59
圖(5-4-1) SrFeO3-δ(01123)的品質，rocking curve為0.076 °。 60
圖(5-4-2) 沿著ab平面與c方向之電阻率量測。(a) 無加磁場， (b) 外加磁場B = 9 T。 61


圖(5-4-3) 磁阻(MR)量測，實心球為升溫過程，空心球為降溫過程。(a) 沿著c方向量測，(b) 沿著ab平面量測。插圖為無外加磁場(正方形)與外加磁場B = 9 T(三角形)之電阻量測的升溫過程。 62
圖(5-4-4) SrFeO3-δ(01123)磁化率量測，磁場B = 1 T，實心球為ZFC，空心球為FC。 63
圖(5-5-1) SrFeO3-δ(01017)沿著倒晶格空間L方向觀察波向量 Qso(0, 0, 0.5)的積分強度(Integrated intensity)與半高寬(FWHM)隨溫度變化。實心球為積分強度；三角形為半高寬。插圖為SrFeO3-δ(01017)的磁化率量測，TN ≈ 70 K。 65
圖(5-5-2) 波向量Qco(0, 0, 0.64)、Qco(0, 0, 3.36)、Qso(0, 0, 0.5)和布拉格繞射峰(0, 0, 4)之半高寬比較；分別代表的圖形為三角形、實心球、空心球和星星。 66
圖(5-5-3) L方向的繞射峰隨溫度變化。(a) 波向量Qco(0, 0, 0.64)，(b) 波向量Qco(0, 0, 3+q)。 67
圖(5-5-4) 波向量Qco(0, 0, 3.36)的關聯長度(Correlation length)隨溫度變化；正方形為H-scan，實心球為K-scan，三角形為L-scan。 68
圖(5-5-5) 無外加磁場(實心球)與外加磁場B = 9 T(空心球)的電阻率量測；(a) ab平面，(b) c方向。 70
圖(5-5-6) 鐵的磁矩，實心球為鐵離子，箭頭指的方向為磁矩的方向，(a)無加磁場，(b)外加磁場B = 9 T。 71

 
表目錄

表(1-2-1) GMR與CMR材料。 9
表(2-3-1) 七種晶系結構。 21
表(5-2-1) 布拉格反射面(0, 0, 4)擬合之FWHM。 47
表(5-2-2) 波向量QCO(0, 0, 3.37)之臨界溫度。 50

參考文獻

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