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研究生:陳廷瑋
研究生(外文):Ting-wei Chen
論文名稱:銅與氧化銅奈米顆粒複合系統自旋極化參數探討
指導教授:李文献李文献引用關係
指導教授(外文):Wen-hsien Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:物理學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:自旋極化氧化銅奈米顆粒磁性電子密度分布電子分布塞曼效應久保能隙
外文關鍵詞:spin polarizationcoppercupric oxidecopper(II) oxideCuCuOnanoparticlemagnetismelectron density mapZeeman effectKubo gap
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本論文探討不同比例,銅與氧化銅奈米顆粒複合系統的磁性參數變化,與樣品的電子密度分布。我們使用熱蒸鍍冷凝法製備銅奈米顆粒,將同一樣品置於空氣中氧化不同天數,由GSAS精算軟體分析,發現銅的氧化物中,僅產生氧化銅。氧化銅重量百分比分別為41 % 與80 %。
為了探討兩樣品磁性的變化,進行了一系列磁化強度隨外加磁場變化的實驗,觀察到樣品有自旋極化現象與賽曼效應誘發的磁化強度,使用朗之萬函數與布里淵函數來描述,除此之外還觀察到由氧化銅所貢獻的反鐵磁磁化強度。朗之萬函數的擬合結果為飽和磁化強度隨溫度升高而降低,我們用自旋波激發理論解釋;平均顆粒磁矩隨溫度升高而增強,我們熱磁激發理論解釋。
經由氧化銅質量修正反鐵磁磁化率,發現兩樣品中氧化銅在高溫提供的反鐵磁磁化率相當接近。而樣品中分別由銅與氧化銅貢獻的飽和磁化強度與平均顆粒磁矩則為銅貢獻為大。
最後使用GSAS軟體,取出樣品中每個材料的電子密度分布。我們發現兩樣品中,銅奈米顆粒的電子分布無明顯改變;而小粒徑氧化銅,銅-氧間的鍵結較大粒徑氧化銅為弱,可能表示小粒徑氧化銅奈米顆粒,銅-氧-銅間的超交互作用較大粒徑氧化銅來得小。

In this thesis, we will discuss the magnetism parameters and electron density maps of different proportions Cu/CuO composite system. We were fabricated the copper nanoparticles by thermal evaporation method. To oxidize the sample, we put it in the air during different days. The composition of Cu/CuO is analysis by refining the X-ray diffraction pattern using General Structural Analysis System (GSAS) program. The mass ratios of CuO of two samples are 41 % and 80 %.
We did a series of magnetization vary with applied magnetic field experiment, for understand magnetism difference of these samples. From the M(Ha) curve, we find there have three magnetic components. There are come from spin polarization, antiferromagnetism and Zeeman effect induced. We describe the magnetism behavior by Langevin function, linear function and Brilliouin function respectively.
From electron density maps, we find there is no obviously difference at copper phase. At CuO phase, we find the Cu-O bonding become weak when particle size reduced. This result may be imply that the superexchange interaction of small size CuO in the Cu-O-Cu bonding is weaker than big size.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 導論 1
1-1 銅與氧化銅塊材的基本性質 1
1-2 奈米尺度下的物理性質 3
1-3 實驗動機 5
第二章 樣品製備與樣品分析 6
2-1 銅奈米顆粒製備 6
2-2 X光繞射裝置及原理 8
2-3 樣品成分與結構分析 11
2-4 樣品粒徑分析 15
第三章 磁性量測與理論分析 21
3-1 磁性量測方法 21
3-2 朗之萬(Langevin)順磁理論 22
3-3 布里淵(Brilliouin)函數理論 25
3-4 磁化曲線擬合 28
3-5 擬合參數討論 35
第四章 氧化銅奈米顆粒含量對磁性的影響 41
4-1 氧化銅奈米顆粒增加對磁化曲線的影響 41
4-2 氧化銅奈米顆粒含量對反鐵磁磁化率的影響 43
4-3 氧化銅奈米顆粒含量對自旋極化的影響 46
第五章 電子密度分布 52
5-1 電子密度分布簡介 52
5-2 實空間電子分布圖 55
5-3 銅奈米顆粒電子分布 57
5-4 氧化銅奈米顆粒電子分布 59
第六章 結論 65
參考資料 67

[1] R. Kubo, Journal of the Physical Society of Japan 17, 975(1962)
[2] 李宗儒,銅氧核殼奈米顆粒的雙分量自旋極化,中央大學碩士論文(2008)
[3] 沈奕廷,銅與氧化銅奈米微粒之自旋極化效應,中央大學碩士論文(2011)
[4] 苟穎書,銅奈米微粒隨氧化程度對自旋極化的影響,中央大學碩士論文(2013)
[5] 許樹恩、吳泰伯,X光繞射原理與材料結構分析,中國材料科學學會發行(1993)
[6] C. Kittel, Introduction to Solid State Physics 8th edition, ISBN 978-0-471-41526-8
[7] A.C. Larson and R.B. Von Dreele, General Structure Analysis System (GSAS), Los Alamos National Labaratory Report LAUR 86-748(2004)
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[12] A. Punnoose, H.Magnone, and M. S. Seehra, Phys. Rev. B, 64,
174420(2001)
[13] 王進威,擬合X光繞射峰形判定奈米微粒粉末的粒徑分佈,中央大學碩士論文(2006)
[14] B. X. Yang, T. R. Thurston, J. M. Tranquada and G. Shirane, phys. Rev. B, 39, 7 (1989)

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