第五章 結果與討論
5.5 錳摻雜硒化鉛奈米陣列電荷傳輸行為
5.5.2 外加磁場對錳摻雜硒化鉛奈米陣列之影響
由於錳摻雜硒化鉛奈米陣列在根數多寡、分布情況不同之下，其陣列間耦合 強度亦隨之改變，因此我們應用外加磁場，企圖改變電子於奈米陣列間運動路徑，
藉此證明糾結程度與耦合強弱，對於錳摻雜硒化鉛奈米陣列之電荷傳輸影響與特 性。
首先，我們針對一糾結情形較大，亦即耦合程度較強之奈米陣列，作一初步 的探討。將此奈米元件置於變溫電性量測系統下，量測於 50 K 下進行，避免熱 擾動的影響，對此奈米元件施以一外加磁場，磁場垂直元件電荷傳輸方向（如圖 4.20）。
此時，我們對元件施以一定電流（5 nA），並藉由量測其電壓值，換算電阻 值並記錄之。發現當施以一外加磁場（5000 Oe）時，錳摻雜硒化鉛奈米陣列之 電阻值隨著外加磁場的開啟而上升，變化率高達 3.9 %，當關閉磁場後，電阻值 回復為原本奈米陣列之初始值（如圖 5.18（a）），々反之，當我們將外加磁場反 向時，所得結果，變化率為 3.7 %，如同外加正磁場之效果（如圖 5.18（b））
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圖 5.18 錳摻雜硒化鉛奈米陣列於定電流下，量測溫度為 50 K，電性隨外加（a）
正向磁場與（b）反向磁場之變化關係圖（實線為趨勢線）。
由此可知，藉由外加磁場的參與，對於錳摻雜硒化鉛奈米陣列，確實存在有 一效應作用於元件上，接著我們將磁場細分為更小間距，對此特性進行進一步研 究，針對不同糾結程度之錳摻雜硒化鉛奈米陣列進行研究，量測磁場範圍為-5000 Oe 至 5000 Oe，以 1000 Oe 為單位，實驗結果如圖 5.19。
圖 5.19 不同強耦合奈米陣列元件，磁電阻變化率與外加磁場關係圖（實線為趨 勢線）。
由上圖 5.19 中實線（趨勢線）可觀察到，隨著奈米陣列糾結程度增加，其
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電阻值受到外加磁場之影響越趨明顯，使得變化率隨之增大。由此，我們推測，
電荷於硒化鉛奈米陣列中，由於外加磁場之影響，使得電子在傳輸過程當中，受 到一Lorentz’s force（
q v B
）影響，電子傳輸之路徑將拓展至彼此耦合之不同 奈米陣列上。隨著外加磁場增強，所受到的Lorentz’s force 越大，電子傳輸路徑 增長，導致碰撞機會增加，使得電阻值變大。105
q mV r B 1 2
（5-10）
藉由上式的推論，我們計算外加最大場 5000 Oe（0.5 Tesla），與外加電流對 應所得最大偏壓 1 mV 下，電荷於奈米陣列中，其對應之可旋轉最大半徑為 43.73 nm。由此可知，當電子受到磁場影響時，其旋轉半徑遠小於電極寬度，加上實 驗結果之佐證，證明電荷在奈米陣列間，受到強耦合之影響，在陣列與陣列間的 傳輸是有可能發生的，下圖 5.20 為電荷於外加磁場下之運動模型示意圖。
圖 5.20 錳摻雜硒化鉛奈米陣列於外加磁場下，電荷運動示意圖。
然而，在外加正負磁場情況下，電阻值增大的變化率不同，可歸因於隨著外 加磁場的反向，奈米陣列中電子傳輸路徑並非與反向前一致，因此變化率在正負 磁場下，並非呈現完整的對稱。在圖 5.19 中亦可觀察到，隨著磁場的增加，磁 電阻（MR）與外加磁場（
H
）成正相關，且在大場下有一明顯飽和情況，主要 是由於受到外加磁場的影響，電荷於奈米陣列中傳輸路徑增長情形，並非無限制 地延伸，而是受到存在於電極之間，奈米陣列糾結數目的多寡所影響，電荷在傳 輸過程最終必頇傳輸至另一電極，因此電阻值不會隨著外加磁場無限增大。106
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