緒論

故稱之為龐磁阻(colossal magnetoresistant ； CMR)。磁阻的定義為：

當一材料受到外加磁場的作用後，其電阻值會隨著磁場改變而有變

表 1-1 各式磁阻(MR)、飽和磁場(HS)及溫度(T) [3]

此鈣鈦礦氧化物材料，在物理性質上，由於晶體結構中的價 電子具有電荷、自旋、以及軌道對稱性(orbital summetry)，而且它們 彼此緊密互相關聯，並與晶體結構相結合。它們之間的相互作用產生 豐富的物理特性，如龐磁阻、磁相變、金屬絕緣相變等；在應用上亦 可接續巨磁阻在資訊工業上的發展和提供磁性隨機記憶體(Magnetic Random Access Memory ； MRAM)之另類材料選擇，故此材料值得 深入研究。

1-2 超快光譜學

由於鎖模雷射不斷的進步，到目前其時間上的解析力已經可以 達到飛秒(femtosecond，10^-15 sec)級的階段，足以用來偵測材料中載子 的超快物理現象和運動機制。在1974 年，就有人使用脈衝寬度為奈 秒(ns)或皮秒(ps)的雷射脈衝，去激發金屬超導體，使其瞬間產生局部

的超導態和正常態的共存現象，研究在此狀態下的的動力弛緩行為 (relaxation dynamics)[4]，但是由於雷射脈衝寬度的限制下，時間解析 能力不足以分析快速的弛緩行為。1985 年，由於碰撞脈衝鎖膜染料 雷射(colliding pulsed mode-lock dye laser)技術的成熟，將雷射脈衝寬 度降低到數十飛秒(femtosecond，10^-15 sec)，使得快速動力學量測的時 間解析度大為提升[5]。將飛秒雷射(femtosecond laser)入射各種金屬、

半導體、超導體、龐磁阻材料，並量測瞬時反射率或穿透率的變化，

以研究電子-電子、電子-聲子、自旋-晶格等的熱弛緩動力行為。

目前超快雷射技術應用在 CMR 的研究有，(1)兆赫輻射時析頻譜 (THz-TDS)、(2)超快激發探測光譜 (ultrafast optical pump-probe spectroscopy)、(3)光激發兆赫波探測。(1)兆赫輻射時析頻譜，此技術 可以瞭解薄膜樣品在不同溫度下的介電特性，複數折射係數(n*)、複 數介電係數(ε*)、複數導電係數(σ*)等等。(2)超快激發探測光譜，利 用此技術可以瞭解自旋(spin)、電子(electron)、晶格(lattice)的自由度 (degrees of freedom)彼此之間的相關性[6,7,8]，在不同溫度下，電子-聲子弛緩和自旋-聲子弛緩的弛緩時間等等。(3)光激發兆赫波探測，

可量測龐磁阻材料的導電率動力行為。

1-3 研究動機

材料的電阻率在TC附近有很大的變化，表示CMR 材料在T＞Tc、T＜

Tc有兩種不同的相狀態，基於這種現象所以我們想用超快雷射的技 術，去觀察CMR 材料在超快光學的量測下的ΔR/R隨溫度的變化情 形，讓我們瞭解不同相狀態下其對應的超快動力行為，如電子-聲子、

自旋-聲子的熱弛緩行為、Jahn-Teller small polaron的弛緩行為等等，

這些研究對CMR的載子、自旋、軌道等相互交互作用有進一步的瞭 解。

圖 1-3 La0.75Ca0.25MnO3電阻與溫度關係圖及隨外加磁場(H= 1, 2, 3, 4 Tesla)改變情形 [9]

論文的架構

第一章 緒論，簡介龐磁阻材料和超快光譜學、研究的動機；第二章 介紹龐磁阻(CMR)及光激發-探測(OPOP)原理，第三章介紹樣品的基 本量測和製作樣品的步驟、過程；第四章則是介紹實驗系統的架設；

第五章則是實驗結果和討論；最後一章則是結論以及未來的展望。