在凝態物理的研究中，探究物質的電性和磁性是兩個很重要的研究領 域，同時在許多科技應用中扮演著重要角色。然而能明顯兼具電性與磁性 的材料卻很少，如果材料中同時存在鐵電有序以及磁性有序，例如鐵電性 (ferroelectricity)、鐵磁性(ferromagnetism)、鐵彈性(ferroelasstticity)…等等，
並強烈耦合，則稱此類材料為磁電多鐵材料，簡稱「多鐵材料」[1]。儘管 從馬克斯威爾方程式可以知道磁場和運動中的電荷並不是兩個獨立現象，
但磁電耦合似乎是不自然的，因為靜磁場和靜電偶極並不相互作用，而且 磁性和鐵電性質具有不同的對稱性，它們的有序參數(order parameter)對比
鮮明、相互排斥，通常不共存在同一材料中，因此尋找多鐵材料不是一項 簡單的工作。
近年來的研究發現在某些錳氧化物、銅氧化物、鉻氧化物，可利用電場 改變這些過渡金屬氧化物的磁性性質，且磁場也可以改變其鐵電性質 [2][3]，這類鐵電材料氧化物的發現說不定可在未來的工業發展以及民生應 用上給予重大的突破。
1-2 研究動機
所謂強關聯系統(strongly correlated systems)指的是電子(electron)、聲子 (phonon)及自旋(spin)間交互作用所構成的系統，彼此有複雜的關聯性，但 也因為這些關聯性使得這類型的材料有許多特別的物理現象，例如高溫超 導(high-temperature super conductivity) 的 發 現 與 研 究 [4] ， 還 有 龐 磁 阻 (colossal magnetoresistance)材料隨著不同摻雜而有豐富的相變化等[5]，而多
鐵材料也是可以在強關聯系統中探討的一種，其電、磁的物理特性都與這 些交互作用息息相關。
在凝態物理中，超快光譜學(ultrafast optical spectroscopy)已經被用來研 究半導體的電子動力學(electron dynamics)，包括電子-電子散射、電子-聲子 散射等[6][7]，同樣的方法也被用來研究金屬與高溫超導[8][9]。利用超快雷 射的激發-探測實驗(pump-probe experiment)，觀察反應時間尺度上的差異即
可直接解析載子的電荷、軌道、自旋以及晶格等自由度間的耦合情形，也 能觀察到在具有電荷有序排列(charge ordering)的材料中，絕緣-導體相變隨 時間的變化[10]。
稀土族錳氧化物(rare-earth manganites，RMnO3)多鐵材料因為其電子、聲
子、自旋彼此間複雜的耦合，使得此類材料同時具有磁與鐵電等性質，而 六方晶系(hexagonal)結構鈥錳氧(HoMnO3)同時具有鐵電(ferroelectric，TC = 875 K)和反鐵磁(antiferromagnetic，TN = 75 K)相變[11]，同時因為 Mn3+離子
並沒有4f 軌域的電子，使得它的磁性只來自 3d 軌域離子，因此可以直接研 究 Mn3+離子 3d 軌域的行為。本實驗利用飛秒雷射激發-探測技術結合旋光 (circular polarization light)激發和磁光柯爾效應(magneto optical Kerr effect，
MOKE)的量測方法來解析鈥錳氧中電子、聲子、自旋間的耦合行為，以及 其隨溫度、磁場變化的動力行為。
在本篇論文中，第一章簡介了多鐵材料並說明將用旋光激發-線偏振光 探測及柯爾磁光效應量測來探討鈥錳氧的超快動力學。第二章介紹樣品六 方晶系鈥錳氧的製備與特性分析。第三章講解旋光與電子躍遷的關係以及 磁光柯爾效應的原理、應用。第四章詳細介紹旋光激發-線偏振光探測 (pump-probe)與時間解析磁光柯爾效應(time-resolved magneto-optic Kerr effect)量測系統的實驗原理、系統架構與實驗方法。第五章討論實驗結果與 分析歸納。第六章為結論與未來展望。