5-6-1 初步的電化學磁光柯爾效應實驗成果
根據循環伏安法的結果我們推斷此系統在電位-850 mV 會有 Co 離子沉積在 樣品上，但其實 CV 只能看出有離子吸附而無法確認是何種離子，就像銅和鈷的 退吸附電位相近。為了要能夠更加肯定是何種離子吸附於樣品表面，因此我們配 合上述 STM 和磁光柯爾效應來確認，經由 STM 可看出 Co/Cu(111)成長模式及結 構，而由磁光柯爾效應則調變電位看磁光柯爾效應會否隨著電位不同而有所變 化，如果能測出 MOKE 曲線就能進而能肯定有鈷在此電位下吸附在銅(111)上，並 能看出鍍上去的膜厚與磁滯曲線的關係。(本實驗測試使用的是 LMOKE，鈷能形 成 PMOKE 的原因是晶格夠大，鈷原子能夠被拉開而形成；但是銅原子較小導致鈷 在銅上成長時晶格太小無法被拉開，所以無法形成 PMOKE。)
圖(5-6-1-1)為此一系統(單晶銅(111)樣品沉浸在1mM CoCl2/1mM HCl中，參 考電極是Ag，對應電極是Pt)於不同電壓下的MOKE實驗結果。由下至上分別是將 電壓停留在-550 mV 、-650 mV、-750 mV、-850 mV。圖中很明顯看到除了最後 一個(電壓停在-850 mV)有出現磁滯曲線之外其他都是無磁性的直線。也就是說 在電壓-850 mV的狀況下水溶液中一定有些反應可以讓單晶銅基底產生磁性。配 合前面的CV和STM結果，我們可以確信Co離子會於電壓-850 mV開始沉積於單晶銅 (111)積底上。
另外，細看之下不難發現每個圖形除了有無磁滯曲線之外還有些許的傾斜。
根據法拉第效應[ref.]線偏振雷射於磁場中穿過大部分玻璃都會改變雷射偏振 角度，而且水溶液中的帶電離子也可能會在磁場作用下改變線偏振雷射的偏振方 向。不過這些改變都不會產生磁化曲線的滯留現象，也就是說我們可以將它當成 一個背景，每個MOKE圖形都可以看成是基底上的Co所導致的磁滯曲線加上一個背 景的傾斜。
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 magnetic field [Oe]
-850 mV -750 mV -650 mV -550 mV
Ker r s ig n a ls [ a .u .]
圖(5-6-1-1) 不同電壓下所測得的 LMOKE 圖
Kerr signal [a.u.]
magnetic field [Oe]
-800-600 -400 -200 0 200 400 600 800 -0.000100
-0.000096 -0.000092 -0.000088
Kerr intensity [a.u.]
magnetic field [Oe]
圖(5-6-1-2) Co退吸附實驗，中央CV使用的水溶液為(1mM CoCl2/1mM HCl)，使 用的參考電極為Ag；MOKE圖每圈包含 100 個點，總共掃描 10 次平均而成，未經 任何修正。
除了確認 Co 離子的吸附外，我們還需要知道 Co 離子是否會如同預期般於 電壓＞-500 mV 之後(dV/dt >1)即離開單晶銅表面。因此，我們先將電壓調到-850 mV 後向正回來時停在-500 mV，測量 MOKE 看是否這個電壓下可以保住 Co 層，最 後在往正向電壓的方向掃描，然後同樣於電壓停在-500 mV 的地方測量 MOKE，看 是否 Co 層已經脫離基底。
圖(5-6-1-2)所呈現的為單晶銅電極於含Co水溶液中進行循環伏安時於同 樣電壓(-500 mV)時所測得的MOKE實驗數據。畫面中間為單晶銅於含Co水溶液 (1mM CoCl2/1mM HCl)中的循環伏安圖(mV vs. μA)。實驗方法是先由電壓 0 mV 處以 5 mV/s 的速率向負極掃描至-850 mV 停留 5 分鐘後正向掃描至-500 mV，
將電壓停於此處取得MOKE數據後繼續正向掃描到 0 mV 後開始負向掃描到-500 mV，再次停止掃描測量MOKE。正向與負向掃描時所得到的MOKE數據依次為圖 (5-6-1-2)左上與右下(Kerr Intensity vs. Oe)。
首先看到圖(5-6-1-2)兩個 MOKE 數據最明顯的差別在於有無磁滯的現象，
左上角的圖形裡測得的磁滯曲線大約有 260 Oe 的矯頑力，另一邊則沒有磁滯曲 線，顯示正向的掃描過程確實可以讓吸附於基底上的磁性物質(Co)脫離基底表 面。
5-6-2 系統鈷薄膜估計實驗
事實上循環伏安法可以對電鍍上的金屬膜後做很好的估計，由於在低電流 電鍍的條件之下金屬一般都會根據基底的結構吸附在基底上[2]，而我們可透過 循環伏安法記錄下的電流做積分後根據該金屬的電化學當量估計總共的體積，除 上基底接觸面積就可估計出大略的厚度。以數學式子來表示的話就是
1 庫倫 [C]/1.6×10-19 [C/個電子]= 6.25×1018個電子
電子數 6.25×1018/2(鈷離子的價數) = 3.125×1018 個鈷原子數
3.125×1018 個鈷原子數/6.02×1023亞佛加厥數 = 5.19×10-6 莫耳的鈷
thickness
−×
-1000 -800 -600 -400 -200 0
back ground圖(5-6-2-1) 單晶銅(111)於電鍍不同時間下的CV曲線
electrolyte :1mM CoCl
2
/1mM HCl ；reference : Ag/AgCl ；scan rate : 5 mV/sec ；counter : Pt ；probe : Cu(111) ；range:0~-850 mV
thi c k n es s [ n m ]
time [sec]
圖(5-6-2-2) 估計膜厚和電鍍時間關係圖
圖(5-6-2-1)是當電壓停留在-850 mV 不同時間下最後得到的 CV 曲線，由 於此圖形的座標是電流 [μA] vs. 電壓 [mV] ，積分後得到的是 IV，也就是 power。但我們知道電壓隨時間變化的量是 5 mV/s，應此將積分得到的量除以 5，
得到電流對時間的積分，得到庫倫，最後我們根據每庫倫可得到 2.783 微米，我 們可以得到電鍍時間對電鍍厚度的關係圖；如上圖(5-6-2-2)所示。
但是超過十分鐘後因為溶液中鈷的含量分佈不均勻，靠近電極表面的地方，
鈷離子的濃度遠小於溶液中的濃度，會導致擴散(diffusion effect)行為，使得 鈷離子由濃度高處往低處移動。亦即，原子的流率(J﹕Flux)與濃度梯度(dC/dx：
Concentration Gradient)成正比，其正比常數稱為擴散係數(D﹕Diffusion Coefficient)→ 擴散的趨動力：J＝－D (dC/dx)。所以擴散效應影響了鈷原子 吸附至銅(111)電極表面導致鍍鈷的速度會隨著時間的增加而變慢(Co2+＋2e- → Co濃度差愈來愈小)，所以CV上沒有明顯變化。另外在此電位下停頓已有氫氣放 出，所以停頓愈久氫氣愈多(樣品拿出後有看到氣泡)，這也會影響鈷在銅上的鍍 率。
5-6-3 電解液對雷射訊號強度的影響
對於磁光柯爾效應(MOKE)而言，樣品的磁化強度或飽和磁化量會反映在訊 號強度上。也就是說雷射的強度穩定與否會影響我們判讀磁化強度，雖然我們可 以用統計或其他計算方式將影響減少，但最好的方法還是擁有穩定的雷射訊號 源。在一般的 MOKE 實驗中(不管是大氣中還是真空)不容易碰到這樣的問題，但 在水溶液之中樣品則可能因為氧化或者不同電位吸附上不同的離子而對雷射訊 號有所影響。
以下將介紹幾組實驗，首先我們分別使用經過通氬 outgas 的含 Co 與不含 Co 電解液，讓電壓停留在 -200 mV 與 -500 mV 觀察雷射訊號強度的變化。
從圖(5-6-3-1)中我們看到 1)水溶液中的Co離子對訊號的影響；2)不同電壓 比不含鈷的水溶液快，最後就是電壓再-500 mV時衰減的速度又比在-200 mV還要 快。
intensity (
I/ I0)
time (min.)
with Co without Co Cu(111) in electrolyte with potential -200mV
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
time (min)
without Co with Co Cu(111) in electrolyte with potential -500mV
圖(5-6-3-1)雷射光訊號衰減實驗，a)電壓停於-200 mV b)電壓停於 -500 mV
0 20 40 60 80 100 120
1.10