實驗結果

由鈷鍍在 HOPG 上的歐傑電子能譜實驗圖表，可以分成兩部分：1.低溫(200K) 2.室溫(300K)。從圖表中得知，在低溫條件成長的鈷原子覆蓋率大於在室溫條件 下，這是因為在低溫時原子遷移率較低，鈷原子將有效的被限制住，導致更完全 的二維成長。然而，很明顯的可以看到在室溫條件下，鈷原子在氬離子轟擊的 HOPG 表面覆蓋率大於平坦的 HOPG，我們可以推測：在室溫，不同的基板條件 下的成長模式是非常不一樣的，由於高密度的氬離子轟擊 HOPG 表面導致表面 缺陷，所以減少了原子的擴散路徑長，因此形成尺寸較小的群體，換句話說，有 較高的分布均勻度；另一方面，在平坦的 HOPG 表面，鈷原子會聚集成尺寸較 大的群體、分布均勻度相對較小。從 STM 圖形可以更確定，鈷原子成核大小在 氬離子轟擊的 HOPG 上小於平坦的 HOPG。[42][43]

圖 4.5 高定向熱解石墨系統(歐傑電子能譜圖)[43]

表面形貌：掃描式穿隧電子顯微鏡

STM 的部分，分別做了平坦和氬離子轟擊過的表面比較以及鍍上相同厚度 的磁性材料：鈷 之後的表面形貌比較。從圖中可以看出在平坦 HOPG 的表面是 相當平整的，再鍍上 45 層厚的鈷之後，表面形貌仍然相當平整、粗糙度約 0.5 。 我們從圖(C)的側向圖可以初略推算出鈷原子的結晶大小約 20 nm，形成許多原 子平台。另一方面，在氬離子轟擊的 HOPG 情況下，導致表面的缺陷，粗糙度 約 0.7nm。鍍上 45 層的鈷之後，由圖(d)的側向圖得知，表面的粗糙度增加到約 為 1 nm。從比較圖(c)與圖(d)可以知道，HOPG 的表面形成缺陷確實會影響鈷原 子的結晶與成長模式。

圖 4.6 高定向熱解石墨系統(掃描式穿隧電子顯微鏡圖)

磁性行為：磁光柯爾效應

磁性部分，我們分別量測水平與垂直方向的磁光柯爾效應，從歸一化的磁光 柯爾效應圖(Co/planar-HOPG)顯示，當鈷的層數到達 14 層時，在水平方向上開 始出現磁滯曲線。磁滯曲線又只有在水平方向上才量的到，所以，水平方向是易 軸方向。另一方面，在圖(Co/sputtered-HOPG)中我們發現，不論是在水平或垂直 方向，從 4.5 層一直到 50 層，總是顯示方形的磁滯曲線。我們還做了磁矩方向 上的量測，最後確認磁性行為是 canted。[42][43]

圖 4.7 Co/planar-HOPG 磁滯曲線圖[43]

圖 4.8 Co/sputtered-HOPG 磁滯曲線圖[43]

我們也做了矯頑磁力(Hc)與薄膜厚度的關係圖，如圖顯示：Co/planar-HOPG 在水平方向上的矯頑磁力範圍：20 至 50 Oe。Co/sputtered-HOPG 在水平方向上 的矯頑磁力範圍：15 至 40 Oe；垂直方向上的矯頑磁力值約為水平方向上的 2 到 3 倍。矯頑磁力一開始隨著厚度增加而增加，至高覆蓋率的鈷之後矯頑磁力值便 開始下降，我們推測的可能的原因為：鈷薄膜的變形(strain relaxation)或結構轉 變，因為面心立方結構的鈷(晶格常數：2.506 )、六方最密堆積結構鈷(晶格常數：

2.507 )晶格常數大小非常接近，以致於很難從實驗及理論的觀點來觀察到。最 後藉由水平與垂直方向：Co/sputtered-HOPG 矯頑磁力圖推得 canted 的角度 約 為 30 至 45 度。[42][43]

圖 4.9 矯頑磁力與厚度關係圖&Canted 角度關係圖[43]