(1)Trace distance 和相位差影像
我們分別以從4nm 到 74nm 的抬高距離對硬碟作二次掃描，可以發現若抬高距離 越大則磁力影像越小[圖 5-0-1]。
Trace distance：4nm
Scan area：2*2um
Trace distance：14nm
Scan area：2*2um 圖 5-0-1
Trace distance：24nm Scan area：2*2um
Trace distance：34nm Scan area：2*2um
我們可以取每個圖中某一塊相同區域的相位差訊號的差異，來近一步量化探針抬 Trace distance：44nm
Scan area：2*2um
Trace distance：54nm Scan area：2*2um
Trace distance：64nm Scan area：2*2um
Trace distance：74nm Scan area：2*2um
升距離和相位差訊號強弱的關係［圖5-0-2]。
Distance vs Degree
y = 2.6299e-0.0145x R2 = 0.9881
在圖5-0-3 中我們選取了不同的驅動頻率，並且去掃描硬碟的表面．可以發現的 確當驅動頻率選取在自然共振頻率的位置能得到最好的影像．這主要是因為當驅 動頻率越接近自然共振頻率時，所得到的Ｑ值越大．根據式14 可以知道在探針 受到相同的外力梯度下，Ｑ值決定了相位差訊號的強弱大小．因此，當選取驅動 頻率在共振頻率的位置可以得到最好的相位訊號解析．
共振頻率 共振頻率
共振頻率
(c) (b)
(d) (d2)
(b2)
(c2)
必須注意的是，這不僅使磁力造成的相位差訊號加強，也促使地貌所造成影響變 大．雖然比較圖5-0-3 中的圖 b 似乎地貌的影響並不如圖 c 大．但那是由於圖 b 中磁力的訊號將地貌的影響所蓋掉的原因，因此我們若比較圖ｃ和圖ｄ來避免磁 力的干擾．可以很清楚的看到地貌的影響的確也隨著相位訊號解析強度變小而變 弱．
(3) 利用磁力探針顯微鏡測量居禮溫度
為了驗證磁力探針顯微鏡在測量居禮溫度的可行性，我們利用硬碟當做標準 樣品，並以不同的溫度去測量硬碟的磁力強弱已及磁區變化［圖5-0-4] 。首先，
我們利用磁力探針顯微鏡測量室溫中的硬碟磁區，並平均磁區內的相位差。接下 來依序將硬碟加熱到573k 並取得磁力影像。可以發現當硬碟加熱到 573k 時平均 磁力已經開始有下降的傾向以及磁區也開始遭到破壞，這是由於加熱523k 時已 經給予足夠的能量使磁矩翻轉。若將樣品繼續加熱則磁力和磁區會大幅改變。
這代表居禮溫度在523k 附近。
圖 5-0-4
左圖為不同溫度下的硬碟磁力影像，掃描 範圍為 10×10um。圖(a)為室溫下的磁力影像 圖(b)為升溫 503k 後硬碟的磁力影像。可以 看出升溫 503k 後的相位差和圖(a)並沒有差 異。圖(c)為升溫 573k 後硬碟的磁力影像，
當上升到 573k 後磁力和磁區開始改變。在加 熱到 553k 後，圖(d)可以看到影像改變更為 明顯，最後在圖(e)，硬碟加熱到 573k 後硬 碟磁力幾乎完全消失。
(a)
5-1 氧化鋅奈米線的磁力影像與磁區分佈
首 先 ， 我 們 以 40Kev 的 離 子 佈 植 能 量 個 別 將 每 平 方 公 分 有 1×1016,2×1016,4×1016,6×1016 個鈷原子的試片作為靶材把鈷離子打入氧化鋅奈米 線中，分別得到Zn0.98Co0.02O，Zn95.4Co4.6O，Zn0.91Co0.09O，Zn0.89Co0.11O 奈米線。
從圖5-1-1 中可以了解 Zn0.89Co0.11O 奈米線在不同溫度的鐵磁性質．我們分別以 5K，100K，300K 的溫度利用超導量子干涉儀測量直徑 40nm 的 Zn0.89Co0.11O 奈 米線的Ｍ－Ｈ圖，可以發現在溫度為5K 時奈米線具有相當明顯的磁滯曲線。這 代表在5k 的溫度下奈米線呈現較強的鐵磁性性質，而在 100K 和 300K 的溫度中
(b) (c)
(d) (e)
所呈現的矯頑力較弱。這代表氧化鋅參雜鈷奈米線的鐵磁性強度會隨著溫度而下 降。但即使如此，從下圖300K 的曲線中可以瞭解即使在室溫的環境下 Zn1-xCoxO 奈米線仍具有鐵磁性質。
我們各別掃描不同尺寸的單根奈米線，探討奈米線的尺寸效應。我們以抬高 距離為 10nm，二次掃描的振幅縮減量為 30﹪作為掃描參數。所使用的探針為 NanoWorld 的 MFMR-20 系列磁性探針，其矯頑力為 500(Oe)，等效磁矩為 1×10
１3emu，懸臂長度為 225um，共振頻率為 75kHz，彈力常數為 2.8N/M。
為了能進一步判斷相位變化的來源是來自於磁力或是地貌的影響，因此我們 利用沒有磁力的探針對於一般的表面做二次掃描，並觀察表面對於相位差影像的 影響。當抬高距離為10nm，二次掃描的振幅縮減量為 30﹪的掃描參數之下，可 以發現表面起伏在60nm 以下均呈現暗紋，而在超過 60nm 後相位便會有受到表 面影響的亮暗纹。而且以 180°的方向重新掃描，亮暗紋的位置將會改變。這是 由於相位差訊號的改變是來自於地貌的起伏，和掃描方向有關．因此若以 180 的方向掃描，則受力的情況跟著改變，亮暗紋的位置將會改變．如果相位差影像 來自於磁力，則探針所受的力和掃描方向無關，亮暗紋的位置不會應為掃描方向 的改變而改變．這也提供了辨認相位影像改變是由於磁力或是地貌的影響。
圖 5-1-2 中為無磁力的奈米線影像圖，可以看出由於地貌的影響使得相位影
圖5-1-1
直徑 40nm 的 Zn0.89Co0.11O 奈 米線在不同溫度下所測量的 M-H 圖，可以發現當奈米線所處 的環境溫度越低則其鐵磁性質 會強。
3×3[um] 3×3[um]
而在圖5-1-3 中，可以看到樣品與探針的磁場方向為相斥的相位影像為亮紋，以 及樣品與探針的磁場方向為相吸的像位影像為暗紋．這也代表了Zn0.89Co0.11O 奈 米線的確有室溫鐵磁性。同樣的，我們也可以從超導量子干涉儀測量Zn0.89Co0.11O 奈米線磁力的資料中得到其室溫鐵磁性性質［5-1-1]。為了能便於區分相位差的 來源．因此測量的奈米線均以和探針磁場排斥的方向磁化．並且為了能進一步的 辨別相位差是否是由地貌產生，若發現奈米線的磁區為垂直奈米線便以反方向掃 描奈米線並觀察相位訊號的方向是否會改變．
3×3[um] 3×3[um]
(a) (b)
圖5-1-2 無磁力奈米線 的地貌與相位圖
圖 5-1-3
2×2[um] 2×2[um]
我們也觀察了奈米線本身磁區的方向，對於半徑較小且長度較短的奈米線而 言，磁區方向均垂直於奈米線，從下圖5-1-4(a2)可以看出奈米線左邊為亮紋，右 邊為暗紋代表磁場方向為從左到右垂直於奈米線。而在圖5-1-4(b2)中可以看到整 個奈米線均為亮紋，這代表磁場方向從上到下垂直於奈米線。但如果測量半徑較 大且長度較長的奈米線，可以發現奈米線上會有不只一個磁區方向。從圖5-1-4(c2) 和圖5-1-4(d2)中皆可以觀察到這種情形。
1×1[um] 1×1[um]
(c) (d)
圖 5-1-3
若將奈米線磁化方向和探針磁場方向互為排斥，則如圖(a)呈現亮紋。若將 奈米線磁化方向和探針磁場方向互為吸引，則如圖(b)呈現暗紋。圖(c)和圖(d) 皆為奈米線的地貌影像。
(a1) (a2)
圖5-1-4
圖(a2)和圖(b2)磁場方 向均為垂直於奈米線，圖 (c2)和圖(d2)的奈米線內 含不只一個磁區。
3×3[um] 3×3[um]
圖(a)和圖(b)中的奈米線長度均小於 1um，我們可以很清楚的看到磁區的方向垂 直於奈米線的方向。而且從相位差影像的圖形來看，較短的奈米線均為為單一磁 區的磁區結構。而在奈米線較長的情況下，可以發現磁區有翻轉的現象。也可以 從圖(c)和圖(d)中發現多重磁區的磁區結構。之前曾經在文獻回顧討論過奈米本 身的易軸方向為平行於奈米線的成長方向，但是所探討的文獻中，並沒有討論到 奈米線的長度小於1um 的時候磁區的方向究竟為何。從我們所觀察到資料來看，
這很有可能表示了當奈米線長度小於 1um 的時候，磁場的易軸方向為垂直於奈 米線。當奈米線長度大於 1um 之後，易軸方向便會翻轉到偏向於奈米線的成長 方向。
4×4[um] 4×4[um]
(b) (b2)
(c1) (c2)
2×2[um] 2×2[um]
5-2 相位差訊號和奈米線直徑之間的關係
我們取了從 10nm 到 80nm 的各種不同直徑大小的奈米線磁力影像，由於參 雜鈷的氧化鋅奈米線只佔了整體奈米線極少部分，所以必須花長時間尋找含磁性 的奈米線。因為離子佈植的關係，所以奈米線結構非常脆弱。因此也有一些疑似 奈米線的碎片含有鈷的存在使其產生磁力［圖5-2-1]。
2×2[um] 2×2[um]
(d1) (d2)
圖 5-2-1
從圖5-2-2 中，圖(a)為直徑為 16nm 的奈米線而其磁力影像亮紋和背景的相位差 訊號差為0.15 度，而圖(c)中左上方奈米線的直徑為 26nm，其對應的相位差訊號 差為0.27 度。圖(e)左側的奈米線為 60nm 而對應的相位差訊號為 0.67 度。由此 可知整體而言當奈米線的直徑較小時則磁力影像的相位差訊號也較小。且隨著半 徑大小的增加而增加。
2×2[um] 2×2[um]
3×3[um] 3×3[um]
(a) (b)
(c) (d)
圖 5-2-2
2×2[um] 2×2[um]
最後，我們統計所有的奈米線並對其直徑和相位差做圖，可以得到圖5-2-3 的結 果，從圖中可以看到各個直徑的上限大體而言是呈現線性的關係。但是也有著很 大的誤差，這是由於離子佈值方法所植入的鈷在各個奈米線中分布不平均的因素 所致。
圖5-2-3
奈米線尺寸和相位差 訊號之間的關係。
圖 5-2-2
不同直徑的奈米線的表面影像與其相位影像圖，奈米線直徑在圖(a) 為最小，圖(c)為最大。相對應的磁力影像也是如此。
(e) (f)
看出奈米線在激發光子的能量為 2.3~2.9[ev]和 3.2~3.4[ev]會有被激發螢光的產 生。在激發光子能量為3.2~3.4[ev]區段中所激發的螢光是來自於氧化鋅本身的結
Photo energy (eV) 7nm Photo Luminescence 圖。