第三章 結果與討論
3.1 硒化鎘量子點摻雜Mn磁性行為
圖20 是樣品為尺寸 5 nm、摻雜錳濃度x = 0.375 %的Cd1-xMnxSe奈米顆粒，
我們量測它在不同溫度下磁化強度對外加磁場作圖。由於我們的樣品是錳原子摻 雜入硒化鎘奈米顆粒結構，所以我們猜測磁性來源主要分三個部份，有錳原子造 成的居禮順磁性、還有硒化鎘奈米顆粒的磁性來源、和奈米顆粒與錳摻雜原子之 間交互作用造成的磁性。
我們假設在低溫(T = 2 K)下，幾乎是錳原子貢獻的順磁性，當溫度升高至 150 K 以上時，錳原子的順磁磁矩因為熱擾動被破壞，於是出現由奈米顆粒貢獻的抗 磁性。圖21 為圖 20 高溫時的磁化強度對外加磁場曲線圖，在外加場大於 3000 Oe 時，奈米顆粒磁性行為由順磁性轉變為抗磁性；由 2.2 節對量子點磁性的解釋，
此抗磁現象是載子繞量子點軌道運動產生感應電流所造成。
0 10000 20000 30000 40000 50000
0 10000 20000 30000 40000 50000
-3
3.1.1 相同 Mn 摻雜濃度下量子點的尺寸效應
為了觀察奈米顆粒磁性的尺寸效應，我們比較在相同濃度下不同顆粒大小的 曲線。 圖 22 為Cd1-xMnxSe量子點在相同Mn摻雜濃度(x = 0.375%)而不同尺寸(5- , 8-nm)下，磁化率對溫度曲線。由於低溫(<50 K)部分包含兩種因素，包括Mn原子 及量子點本身的順磁性，我們暫時不去討論它。在高溫(> 50 K)情形 Mn順磁效應 不明顯時，對於相同尺寸(5 nm)的量子點，外加磁場由 100 Oe增加至 5 Tesla，磁 化率由正值轉為負值；對於不同尺寸的量子點，在外加磁場100 Oe時，顆粒尺寸 越小順磁磁化率越大；相反地，若外加場為5 Tesla，則顆粒尺寸越小抗磁磁化率 反而越大。
上述現象與先前量子點磁性研究的結果[10]相同，這是由載子繞量子點軌道 運動造成的順磁磁矩及感應抗磁磁矩造成的。當尺寸越小，單位體積的表面載子 數目越多，且在外加磁場影響下的電子軌道運動受量子點尺寸侷限影響，造成尺 寸越小軌道角動量增加，弱場下的軌道順磁性及強外加場的抗磁性同時增強。
圖23 為弱外加磁場下(100 Oe, 1000 Oe)磁化率對溫度曲線圖。同樣地，此弱 磁場下的量子點磁性尺寸效應與之前文獻[9,10]符合；在相同外加磁場 100 Oe 不 同尺寸量子點磁性行為，尺寸越小順磁磁化率越高。
圖24 是尺寸D = 5-, 8-nm量子點磁化強度隨磁場變化圖，可以觀察到尺寸D = 5 nm量子點磁化強度由順磁到抗磁的變化較尺寸大的量子點(D = 8 nm)更明顯。
若我們同時取溫度 300 K且強外加磁場(順磁轉抗磁之飽和磁場以上的磁場)的磁 化強度對磁場曲線的斜率(抗磁磁化率)，它們分別為χ = -7.65633×10d5 -5 (D5 = 5 nm)，和χd8 = -3.22628×10-5(D8 = 8 nm)，相除後D8/D5 = 1.6，χd5 χd8 =2.37311，
磁化率χ ∝D-2。表示量子點抗磁磁化率隨著尺寸平方成反比。
0 50 100 150 200 250 -0.0002
0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008
D = 8 nm, H = 5 T D = 8 nm, H = 100 Oe
D = 5 nm, H = 5 T D = 5 nm, H = 100 Oe
Su sc ep tib ility (e m u / m ol O e)
Temperature (K)
Fig. 3.4
圖22 Cd1-xMnxSe在相同摻雜濃度x = 0.375 %不同尺寸D = 5, 8 nm，分別在 100 Oe, 50 kOe下 磁化率對溫度曲線圖
0 50 100 150 200 0.0000
0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025
Fig. 3.5
Su sc ep tib ility ( em u / m ol O e)
Temperature (K)
D = 5nm 100 Oe, 1000 Oe D = 8nm 100 Oe, 1000 Oe
圖23 Cd1-xMnxSe在相同摻雜濃度x = 0.375 %不同尺寸D = 5, 8 nm，分別在 100 Oe, 1 kOe下 磁化率對溫度曲線圖
0 5000 10000 15000 20000
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5
Fig. 3.6
M agnet izati on (em u / m ol )
Magnetic Field (Oe)
D = 5 nm 200 K, 300 K D = 8 nm 200 K, 300 K
圖24 Cd1-xMnxSe在相同摻雜濃度x = 0.375 %不同尺寸D = 5, 8 nm，分別在 200 K, 300 K 下 磁化強度對磁場曲線圖