鐵磁共振吸收半高寬和表面粗糙度

本節主要討論在發生鐵磁共振的條件下，不同表面粗糙度對於吸收強度圖形的半 高寬的影響。和 4.3 節一樣我們先討論方均根高度和磁性的關係，圖 4.5.1 為用 方均根高度當作橫軸作對吸收強度半高寬的關係圖，可以看的出來和 4.3 節一樣 半高寬和方均根高度沒有太大的相關。所以一樣改用偏度做為參考條件，做偏度 和半高寬的關係圖，如圖 4.5.2 表示。從圖 4.5.2 可以發現整體的趨勢是呈現震 盪型式變大。在同樣偏度小於 2 的部分半高寬是朝向越來越小的方向變化，當偏 度大於 2 的時候開始做震盪變化。雖然在偏度較高的部分半高寬的變化沒有甚麼 關聯性，但是較大的半高寬確實出現在偏度較大的部分，這也代表高偏度所帶來 的表面形貌可以影響半高寬。前面我們提到高偏度會使的表面有隆起的山丘，所

圖 4.6.7 5nm 鎳鐵在不同角度的外加磁場下的磁滯曲線

52 以我們認為可能是由於這些高度較高的山丘上面覆蓋的鎳鐵薄膜和平面上的鎳 鐵吸收微波的頻率不一樣使得半高寬變大，但是目前還無法對於震盪的變化作解 釋。圖 4.5.2 為阻尼常數和篇度的關係圖，整體趨勢和半高寬相同隨著偏度改變 阻尼常數作震盪變化最小值約為 0.0004 最大值約為 0.00085。

圖 4.5.1 方均根高度對於吸收半高寬的關係圖

圖 4.5.2 偏度對於吸收半高寬的關係圖

53 圖 4.5.3 偏度對阻尼常數關係圖

對照圖 4.3.2 和 4.5.2 可以發現最大的吸收強度半高寬對應到的則是最小的矯頑 場，而最小的吸收強度半高寬對應到的則是最大的矯頑場，所以挑出這兩個樣品 做比較。圖 4.5.3 中的(a)有最大的矯頑場但是最小的吸收半高寬，(b)則是相反 圖 4.5.4 則是三維立體圖形，圖 4.5.5 是側面剖面圖

.

(a) (b)

圖 4.5.3

對應最大和最小矯頑場兩個鎳鐵薄膜的二維圖(a)最大矯頑場鎳鐵(b)最小矯頑場

54 從剖面圖來看可以更明顯看出表面形貌的變化，在圖 4.5.5 中可以發現(a)表面的 方均根高度相較於(b)是比較大的但是偏度卻是(b)比(a)來的大。(a)當中表面的高 低差大約在 15nm 左右，(b)則是落在 20nm 不過最高處可以差到 100nm。就分 析這兩組數據來看可以推測由於(a)的方均根高度較大使得磁翻轉過程需要較多 的能量所以矯頑場比較大。但是較高的方均根高度對於鐵磁共振的吸收半高寬並 沒有太大影響反而是在(b)當中較平整的表面上有一些高處分布的樣品有較大的 吸收半高寬。

圖 4.5.4

對應最大和最小矯頑場兩個鎳鐵薄膜的三維圖(a)最大矯頑場鎳鐵(b)最小矯頑場

圖 4.5.5 最大矯頑場和最小矯頑場的樣品表面形貌比較

(a) (b)

(b)

(a)

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第五章 結論

․氫氟酸對玻璃基板的蝕刻無法很明顯的改變表面方均根高度，其方均根高度 變化範圍約在 0.25nm~4.75nm 之間，參考[13]研究中的方均根高度變化範圍 約為 0.5nm~137nm 之間。

․經過氫氟酸蝕刻厚的玻璃，其高度統計偏度有明顯的變化，變化範圍約 0~6。

․比較方均根高度和矯頑場以及鐵磁共振吸收的關係發現並沒有明顯的相關，可 能是因為方均根高度的變化不夠明顯所造成。

․從偏度和矯頑場的趨勢圖可以發現到有反 V 字型的關係，在偏度靠近 0 的地 方矯頑場約為 4Oe，隨著偏度增加矯頑場也開始增加直到矯頑場增加到 20Oe 這時候的偏度約為 1.5。接著矯頑場開始隨著偏度的增加而減少，直到矯頑場 減少至 2Oe 這時候的偏度約為 6。

․偏度影響矯頑場大小的物理機制可理解為高偏度造成樣品表面 pinning center 在空間中分布密度減少，使得矯頑場變小。由於樣品表面山丘高度遠大於膜厚 所以我們可以認為這些山丘扮演著 pinning center 的角色

․從偏度和鐵磁共振吸收半高寬關係圖中發現兩者呈現週期震盪，周期約為 2 偏度且震盪振福也隨著偏度增加而增加。吸收半高寬變化範圍從 120Oe 到 200Oe。高偏度會造成較大的吸收半高寬推測可能是表面較高的起伏的地方帶 有不同的鐵磁共振頻率使得吸收半高寬增加，由於偏度較高的樣品表面上這些 起伏較高的地帶分布較為不均勻，所以半高寬會較偏度小的樣品來的大。

另外震盪行為我們可以排除由於實驗誤差所造成的現象，因為本實驗鐵磁共振 儀的解析度可以達到 0.1Oe，而震盪的變化最少有 10Oe。

․本實驗量測磁滯曲線在飽和磁場部分雜訊較大，主要原因來自於鎳鐵膜太薄使 得雷射光部分穿透膜表面打到玻璃基板底部再反射回探測器造成

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