總結與自評

在這三年的計畫中，我們利用改進後之飛秒級超快雷射光源、極化激發-探 測量測技術和時域兆赫波頻譜，來量測分析高溫超導薄膜和龐磁阻錳氧化物薄 膜的超快動力行為。

在高溫超導薄膜方面，量測不同軸向、不同過摻雜量及不同氧含量的釔系 高溫超導薄膜，在不同極化光激發-探測下的 ΔR/R 大小、載子弛緩時間常數及 超導能隙和偽能隙對稱等。利用極化超快光譜技術和軸向分明的(100)和(110)釔 系超導薄膜，使我們可以很清楚地分離沿節線方向和沿非節線方向的光學反 應，進一步得到準粒子弛緩之二向性行為和其能隙之對稱分布。

我們得到沿b 軸方向的遲緩時間─即沿反節線方向的準粒子弛緩行為，與沿 著ab 對角線軸向的遲緩時間─即沿節線方向的準粒子弛緩行為，有很大差異，

顯示兩者弛緩過程的二向性行為。我們發現，沿著ab 對角線軸向的遲緩時間，

均對應節線方向或非超導的準粒子弛緩行為。而沿b 軸方向的準粒子，對應反 節線方向的準粒子弛緩行為，即遵行一般超導強聲子瓶頸效應的弛緩行為。

我們改變不同的氧含量，藉由同樣的程序，可以求出不同氧含量時，不同 軸向的超導能隙及偽能隙變化，也顯示YBCO 高溫超導體的能隙二向性行為。

這是首次利用特定晶軸取向的薄膜，能區分出ab 平面上，不同軸向的超導能隙 及偽能隙之對稱分布。

我們亦進一步研究過摻雜(overdoped)的釔系高溫超導薄膜的超導能隙和偽 能隙的對稱性問題。仍可得到(100) Y1-x Ca x Ba 2 Cu 3 O 7-δ (x = 0.1,0.3)薄膜沿 b 軸 和沿c 軸的各向異性弛緩行為，並得到不同過摻雜的能隙分佈情形。但摻鈣(100) 和(110)薄膜均不易製作，可能是由於薄膜組成不易分布均勻之故，所以常有多 相共存的結果，目前(新三年計畫)我們仍持續製作高品質摻鈣之(100)和(110)薄 膜，並嚐試使用控氧技術，使我們能用單一(100)和(110)樣品，得到自過摻雜至 摻雜不足時，沿節線和沿反節線方向之準粒子弛緩行為和能隙分布的演變情形。

在時間解析激發-探測光譜量測錳氧鈣鈦礦化合物磁性薄膜方面，我們初步

La0.7Ce0.3MnO3等樣品的準粒子動力學，這些結果顯示，當溫度高於居理溫度時，

僅對應一快弛緩分量(數 ps)，即 Jahn-Teller 畸變小極化子之弛緩行為；而當溫度 低於居理溫度時，另存在一慢弛緩分量(數十至數百 ps)，即對應自旋晶格弛緩行 為。我們亦注意到ΔR/R 隨時間的變化，有振盪衰減的現象，不同摻鈣量的鑭鈣 錳氧樣品，其振盪頻率和衰減情形不同。這些結果，如快弛緩分量與慢弛緩分 量之振幅與弛緩時間常數時間，隨溫度變化之物理機制；變號對應之物理機制；

同調聲子振盪之特性和對應之物理機制；不同摻雜的超快動力行為與材料之晶 格、自旋、電荷、軌道自由度之間相互作用的關連和磁相變、金屬絕緣相變的 關連等，有待在下三年度計畫中，有系統量測不同摻鈣量的鑭鈣錳氧薄膜的超 快特性和量測光激發-兆赫波探測數據後，再提出圓滿的解釋。

利用飛秒級雷射脈衝激發超導體和半導體產生兆赫波脈衝方面，我們已完 成釔鋇銅氧高溫超導薄膜元件的兆赫波輻射量測，包括改變不同雷射光能量、

不同外加偏電流及不同量測溫度下之兆赫波時域瞬變波形。我們亦發現時域暫 態波形的振幅大小與相位關係有非常明顯的不同，而提出兆赫波經過薄膜本身 時，會有再成形的現象。藉由適當的轉換函數，可模擬出原始兆赫波時域波形 的變化，進而得到合理的準粒子回復時間，與利用激發-探測量測之結果相吻合。

另外，我們亦研究利用半導體材料(SI-GaAs 和 InP)製成輻射元件，產生兆赫茲 輻射源的最佳操作條件，包括外加偏壓、激發光光點聚焦與位置、激發光能量、

溫度控制、激發光偏振方向、大孔徑光導天線形狀、平行板電極間隙、激發光 入射角等等。目前最佳的結果，是使用 SI-InP 為兆赫波輻射源，平行板電極間 隙為500μm，外加偏壓達 400V 時，其兆赫電場約增加 7.5 倍，兆赫波功率強度 增加(7.5)²倍，且訊雜比提高約 100 倍。

我們雖已初步達成目標，使兆赫波輻射輸出更有效率、穩定和作時域兆赫 波頻譜量測之應用，然而系統尚有許多改善的空間。下三年度欲研究之項目，

包含選用合適之兆赫波發射元件，如考慮低溫成長砷化鎵（LT GaAs）和各種光 電晶體等和產生更短兆赫波脈衝寬度等。

我們亦利用半導體材料(SI-GaAs 和 SI-InP)製成之兆赫波輻射源，利用此電 磁脈衝波入射高溫超導和龐磁阻樣品，量測其高頻響應特性。在高溫超導體方 面，配合二流體模型，進一步得到超導薄膜在不同溫度、不同頻率下的介電係

數、光導電率、高頻阻抗、穿透深度、準粒子散射率等資訊，並探討其高溫超 導機制與特性。在龐磁阻錳氧化合物方面，由實驗數據可推出實部、虛部折射 率、介電函數、電漿頻率、散射率和導電率隨頻率和溫度的變化情形，以便瞭 解巨磁阻錳氧化合物導電率的本質。在下三年度計畫中，我們將有系統量測不 同摻鈣量的鑭鈣錳氧薄膜，研究上述特性的變化，以進一步瞭解龐磁阻材料的 物理機制。

和本計畫相關，已發表之論文和訓練之研究生及其論文，如第V章所列。本 計畫在三年的研究期間，由於本系搬家事宜，相關水電空調等設施，無法配合，

故約有六個月時間無法實驗，以致進度時有延誤，尚有些實驗結果待整理發表。

本計畫的經費亦大幅被刪，故非常拮据，許多實驗裝置無法裝設，如超快雷射 MBE 真空室等，故這方面的實驗無法進行。未來，若有機會，我們仍想朝超快 雷射MBE 鍍膜方向發展。