1. 利用本實驗室自行架設之 THz 輻射產生源及量測光學系統,我們 成功地於本實驗室發展THz-TDS 量測分析技術,包括時域訊號量 取、頻譜轉換及分析、去水氣裝置架設、理論計算、程式撰寫、
計算結果分析及討論….等。
2. 在 THz-TDS 對基板的量測上,我們已成功地分析 MgO、NGO、
LAO 三種基板的高頻介電性質:
A. MgO 基板複數折射率實部 n 呈現基礎線性色散性質,室溫 下隨頻率由0.3THz 上升至 1.4THz,n 值由 3.2 上升至 3.24,
當溫度下降至 40K 時,此變化趨勢不變,但值較室溫時均 勻下降0.1 左右,而其複數折射率虛部 k 則趨近於零。
B. NGO 基板複數折射率實部 n 亦呈現基礎線性色散性質,室 溫下隨頻率由0.3THz 上升至 1.4THz 時,n 值由 4.74 上升至 4.84,當溫度下降至 60K 時,此變化趨勢不變,但值較室溫 時均勻下降0.1 左右,而其複數折射率虛部亦趨近於零。
C. LAO 基板複數折射率實部 n 亦呈現基礎線性色散性質,室 溫下隨頻率由0.3THz 上升至 1.0THz 時,n 值由 4.99 上升至
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5.05,當溫度下降至 80K 時,此變化趨勢不變,但值較室溫 時均勻下降 0.08 左右,而其複數折射率虛部趨近於零。在 此量測中可看到水氣對THz 頻段分析結果之影響。
3. 在 THz-TDS 對 STO 基板的量測上,STO 基板厚度雖已研磨至 0.1mm,但 THz 輻射的穿透強度依然十分薄弱,無法做完整的計 算與分析,但藉由時域頻譜的變化,我們依然可見其在變溫量測 中複數折射率 n*實部 n 隨溫度之下降而變大,而其複數折射率 n* 虛部k 明顯不為零,和 MgO、NGO 和 LAO 三種基板不同。
4. 對YBCO 薄膜之量測上,我們在高薄膜品質與高 THz 穿透率的考 量上,於YBCO 薄膜/MgO 基板、YBCO 薄膜/LAO 基板及 YBCO 薄膜/NGO 基板三種薄膜製備中,選擇超導臨界溫度 Tc = 86.6K、
THz 室溫穿透率 26.48%之 YBCO 薄膜/NGO 基板進行完整的量測 分析,而其量測結果如下:
A. 複數折射率n*之實部n 隨頻率之上升而下降,在溫度低至超 導臨界溫度時,隨溫度之下降而下降,並趨近於一穩定值,
室溫下其值在 0.25THz 上升至 1.25THz 時,由約 12 下降至 3;複數折射率 n*之虛部 k,隨頻率之上升而下降,在溫度 低至超導臨界溫度時,隨溫度之下降而上升,並趨近於一穩
定值,室溫下其值在0.25THz 上升至 1.25THz 時,由約 600 下降至150。
B. 複數介電常數ε*之實部εr隨頻率之上升而下降,在溫度低 至超導臨界溫度時,隨溫度之下降而上升,並趨近於一穩定 值,其值在 0.25THz 上升至 1.25THz 時,由約 3.5x105下降 至2.0x104;複數介電常數ε*之虛部εi,隨頻率之上升而下 降,在溫度低至超導臨界溫度時,可看到一峰值,當 THz 輻射頻率由0.25THz 增至 1.25THz 時,此峰值大小由 4.8x104 降至約7x103,而此峰值出現之溫度亦由75K 上升至 85K,
此峰值並反應在複數導電率σ*實部 σr上。
C. 複數導電率 σ*實部 σr 可在其溫度之變化上觀察到一峰值,
此峰值在頻率為0.25 ~ 1.25THz 間,隨頻率之上升而下降,
由6.7x105Ω-1m-1下降至4.6x105Ω-1m-1,且其峰值出現溫度 隨頻率之上升而上升,由 75K 上升至 85K 左右,其峰值由 散射時間及正常態載子密度的競爭而來;複數導電率σ*虛部 σi隨頻率之上升而下降,在溫度低至超導臨界溫度時,隨溫 度之下降而上升,並趨近於一穩定值,其值在0.25THz 上升 至1.25THz 時,由約 4.9x106下降至 1.4x106。
D. 倫敦穿透深度λL對溫度的量測中,可外插而得λ0 ~ 287 nm。
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5. 由同製程、同製備條件,但樣品品質不同之YBCO/NGO 樣品互相 比較,發現YBCO 薄膜超導性較好時,其 λL在70K 時可至 187 nm,
且其實驗複數透射係數比在室溫下較小,約為 40%,且在溫度低 於超導臨界溫度Tc時,其對頻率之斜率較小。
6. 未來工作:
我們已成功建立THz-TDS 量測分析技術,並完成三種陶瓷基板及 YBCO 薄膜之分析研究,未來尚可利用此技術分析研究過摻雜
(overdoped)及未足摻雜(underdoped)YBCO 薄膜的高頻介電 性質和穿透深度等,這些對 YBCO 之超導機制研究和製成高溫超 導電子元件之特性極具參考價值。