3-1 磁圓二色性光譜儀
磁圓二色性光譜儀(Magnetic Circular Dichroism, MCD，如圖 3-1.1)為光學量測儀器，
以瓦數 450W 之氙氣燈(Xenon Lamp)作為光源，而此燈源能夠提供的波長範圍為 163~1100 nm，而當燈源所發白光經過單光儀(Monochromator)，且被轉換成線性 偏振光(Linear Polarizer)後，進入內部的精密光學稜鏡組，也就是光路徑調節器 (Photoelastic Modulator)，再利用控制偏壓造成逆壓電材料(石英)變形的特性，使 入射的線性偏振光產生相位差，其中偏壓改變的頻率(50kHz)為左旋圓偏振光(LCP) 與 右 旋 圓 偏 振 光 (RCP) 的 轉 換 頻 率 ， 通 過 樣 品 後 ， 再 利 用 光 電 倍 增 管 (Photomultiplier)接受並放大所收到的光訊號，經程式換算出樣品的橢圓率，即為 數據內顯示的 CD 值。
而橢圓率的改變來自於樣品對於不同旋光的吸收差異，此差異又來自於材料本身 的自旋電子方向，所以當左右旋光通過樣品時，樣品的吸收率才會改變。而某些 材料若有外加磁場的影響，會產生異常賽曼效應（abnormal Zeeman effect），使 得吸收率的變化更加明顯，以此能了解材料的磁光特性及電子結構，而本研究中 便是以 MCD 系統為主體，做一系列針對釔鐵石榴石的磁光特性觀察與分析。
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圖 3-1.1 MCD 系統
3-2 磁控濺鍍系統
實驗室中常見的薄膜樣品生長方法例如：濺鍍、蒸鍍、脈衝雷射沈積……等等，
其中濺鍍（Sputtering）系統一般都是利用高能量離子去轟擊靶材（欲鍍物），將 靶材原子撞離表面後，附著在基板上漸漸累積一定厚度形成薄膜，通常我們使用 惰性氣體（ex. Ar）離子來撞擊靶材，此舉是為了避免其與靶材原子產生反應，而 磁控濺鍍系統則是在濺鍍槍上增加磁力線的設計（如圖 3-2.1），使離子能有更 高的機率撞擊靶材，也就是增加濺鍍薄膜生長的效率。
圖 3-2.1 磁控濺鍍原理示意圖
3-3 X 射線繞射分析儀
當材料內部有規則性的晶格排列時，X 光打入材料，穿透晶格表面時會產生散射，
且散射的波之間會產生建設性或破壞性干涉，而當輻射波波長與散射中心之間的 距離相近，則產生繞射。如圖 3-3.1 為本研究中所使用的 X 射線繞射分析儀。
而根據布拉格定律以及繞射峰強度，我們能夠推斷材料內部晶格的結構與晶格方 向，對材料本身做定性以及定量的分析。布拉格定律公式如下：
2dsinθ=nλ
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其中 d 代表晶格間距，θ為入射 X 光與晶格面之夾角，n 為繞射階數，λ則為入 射 X 光之波長，示意圖如圖 3-3.2。
圖 3-3.1 X 光繞射分析儀
圖 3-3.2 X 光繞射原理示意圖
3-4 X 光吸收光譜
X 光吸收光譜可藉由調變 X 光光子能量，於目標原子束縛電子之激發能量範圍內 進行掃瞄而得。
而光譜大致上可分為 X 光近邊緣吸收結構（X-ray Absorption Near-Edge Structures，
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XANES）以及延伸 X 光吸收細微結構（Extended X-ray Absorption Fine Structure, EXAFS），前者與材料內層原子能態和次高(低)之角量子層電子能態有關，而後者 的產生則與內層電子的躍遷有關。圖 3-4.1 為數據範例。
而在本實驗中，藉由日本同步輻射中心（Spring 8）的儀器，我們利用 X 光吸收 光譜來分析材料中 YIG 的細微結構，以找出影響 MCD 訊號最大之原因。
圖 3-4.1 X 光吸收光譜數據範例
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