緒論

鈣鈦礦結構材料在 1939 年被發現，第一個鈣鈦礦化學式為 CaTiO3，故稱之為鈣鈦礦。鈣鈦礦結構為 ABO3型的晶體結構[1]，如 圖 1.1.1 所示，其中 A 通常為 La³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Y³⁺等稀土族金屬離 子，或 Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺等鹼土族金屬離子組成，B 通常為 Al³⁺、 Cr³⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺、Ti⁴⁺、Fe³⁺等過渡金屬離子組成，而 O 為氧原子；

圖 1.1.1 最左邊為 BO6八面體層狀結構，虛線為一個立方晶格，中間 為以 A 為中心之立方晶格，最右邊為以 B 為中心之立方晶格，以 B 為中心之立方晶格中稀土元素和鹼土族元素占據八個角的位置，而氧 原子則佔據立方晶格六個面的中心位置，組成面心立方的結構，過渡 金屬原子佔據立方的中心位置，形成 BO6八面體。鈣鈦礦的結構穩定，

在超導、太陽能電池、催化、離子導體、鐵電、壓電等材料中，鈣鈦 礦材料佔重要的地位，應用極為廣泛。

鈣鈦礦氧化物為熱門的研究材料，近幾十年來蓬勃發展。1950 年左右，鑭系錳氧化物的鈣鈦礦結構及其豐富的相轉變現象被發現。

1993 年左右，鑭系錳氧化物之巨磁阻(giant magnetoresistance，GMR) 的效應被發現，其薄膜具有巨大負磁組現象，稱之為龐磁阻(colossal magnetoresistance，CMR)效應，引起許多科學家投入此研究[2]。具有 超導特性的鈣鈦礦結構材料多為銅氧化物，但其為有缺陷的鈣鈦礦結

構，例如銅化物超導體屬(ACuO3-x)m-(A’O)n 之層狀結構[1]，1987 年 釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3O7,YBCO)被發現，為高溫超導體重要的突破，

此後許多更高臨界溫度的超導體被發現。鈣鈦礦氧化物因其中的離子 價數不同、大小不同，使其有特殊晶格結構及物理性質，另外，鈣鈦 礦氧化物薄膜材料相較於厚模與塊材，由於維度縮減、對稱破壞及薄 膜與基板間晶格不匹配的緣故，使其展現出來的物理特性與塊材不同

，皆引起很多學者的興趣[3,4]。

2004 年，Hwang 研究過渡金屬鈣鈦礦型氧化物(LaAlO3/SrTiO3， 簡稱 LAO/STO)材料，發現介面二維電子氣，使得介面研究有突破性 的進展[5]，如此特殊的物性，引起許多人的興趣。錳氧化物與 YBCO 形成的異質結構為近十年新的研究議題[6]，此異質結構亦展現超導 的特性，而錳化物的磁性會影響其超導性質，在介面產生鄰近效應、

自旋注射等現象，電子自旋傳輸特性成為近年科學家探究的方向。

雙鈣鈦礦錳氧化物結構材料中，不同陽離子原子大小不一樣，使 得 MnO6八面體呈現扭曲的狀態，進而影響其物理性質，使其近二十 年來被受矚目，如 RBaMn2O6材料。1998 年 LaBaMn2O6被發現後，

RBaMn2O6材料之研究如火如荼的展開[7,8]，其中 R 為 Y 元素和稀土 元素，當 R= Y, Tb, Dy, Ho, Gd, Eu, Sm 時，電荷有序相轉變溫度高於 室溫，這樣的相轉變溫度有應用於元件的潛力。

本論文探討 Nd0.35Sr0.65MnO3(NSMO)薄膜、YBCO 薄膜、NSMO/

YBCO 異質結構的晶格扭曲、由於維度縮減造成之應變(strain)對電子 結構的影響；亦探討雙鈣鈦礦 SmBaMn2O6單晶材料晶格扭曲、溫度 效應對電子結構的影響，及其晶格振動的機制、隨溫度的變化，並其 與磁性、電荷有序、結構相轉變之關聯。

本論文其他章節大綱介紹如下：第二章為研究背景與文獻回顧，

探討 NSMO、YBCO、NSMO/ YBCO 薄膜材料與 SmBaMn2O6單晶材 料的發展及重要研究成果的文獻回顧；第三章為實驗儀器及其基本原 理，內容包括拉曼散射光譜儀與橢圓偏光光譜儀之儀器裝置介紹及其 工作原理；第四章為實驗樣品性質，介紹樣品的製程、晶格結構參數、

及重要的物理性質；第五章為實驗結果和討論，探究 NSMO、YBCO、

NSMO/ YBCO 薄膜材料與 SmBaMn2O6單晶材料的光譜性質，包括其 電子結構與晶格振動的關聯性；第六章為結論與未來展望。

圖 1.1.1 鈣鈦礦 ABO3型晶體結構[1]。