MCD磁光訊號探討

由於濺鍍過程在製程上，從靶材的狀態、靶材與載具的距離、基板的位子以 致載具的溫度等不同條件，都可能直接或間接影響所製備的薄膜之特性。因此在 製備樣品上我們藉由各類分析儀器，把重心放在解析樣品上，在每次製程後即時 確認磁光訊號的有無。並在不忽視誤差值的前提下，將從一系列有顯著磁光訊號 之樣品群中只挑選[Co(3nm)/C(3nm)] 5與[Co(3nm)/C(6nm)]5兩塊樣品做為討論。

關於顯著磁光訊號的起源，也將在下面各式量測中做一系列討論。

首先討論[Co(3nm)/C(3nm)] 5樣品，將之從0.78T 到 -0.78T 做變磁場量測，

量測順序如3.2.1 章節所告知的，便於之後與 SQUID 磁性量測一併做比較。從稀 磁性半導體相關的磁光理論出發，知曉造成左右旋光吸收差異的原因之一，可能 來自半導體的 sp-能帶因賽曼效應而使上下自旋態的狀態密度(dnesity of

states,DOS)產生分裂造成。又因過渡金屬離子(transition metal ion)的磁矩

(magnetic moment)會透過 sp - d 交換交互作用放大能帶的分裂。由此便可推想得 到將磁光訊號對磁場做圖所得的CD - H 圖會近似於在室溫用 SQUID 直接量測樣 品磁矩的M – H 圖。

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

CD (m deg)

Energy (eV)

0.78T

CD (m deg)

Energy (eV)

-0.08T

24 

CD (m deg)

Energy (eV)

-0.5T

CD (m deg)

Energy (eV)

0.08T

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

CD (m deg)

Energy (eV)

0.78T

CD (m deg)

Energy (eV)

-0.08T

26 

CD (m deg)

Energy (eV)

-0.5T

CD (mdeg)

Energy (eV) 0.08T

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

MCD (mdeg)

H (T)

[Co(3nm)/C(3nm)] 5 [Co(3nm)/C(6nm)] 5

Energy = 5.0014eV

圖 4-9 為擷取能量5.0eV 隨磁場變化的 MCD 圖

將兩份樣品[Co(3nm)/C(3nm)] 5與[Co(3nm)/C(6nm)]5取一固定能量5.0eV 隨 磁場變化之MCD 訊號繪製統整於上圖 4-9，將在下一節與 SQUID 一併討論。

除了顯著的MCD 磁光訊號會隨磁場如磁滯曲線（Hysteresis loop）增減並有 鐵磁性之飽和外，我們也發現兩片樣品之異同，儘管兩片皆有鐵磁性之Hysteresis loop，但是[Co(3nm)/C(3nm)] 5之樣品在外加0.78T 磁場後，回到不外加磁場下的 MCD 量測，發現類似於鐵磁性之 Hysteresis loop 的殘磁現象。但是這殘磁訊號 是出現在靠近鑽石能隙(Diamond Band Gap)的 5.5eV，且訊號與原外加 0.78T 磁 場下的訊號相反而為正值。針對這點我們會在接下來的章節之各式量測中，做詳 細探討。其殘磁態之MCD 磁光訊號繪製於下圖 4-10。

28 

圖4-10 為 [Co(3nm)/C(3nm)]5殘磁態的MCD 圖

將樣品外加磁場後，再次量測不加磁場下的CD 值，發現純鈷樣品有矯完場 般的殘磁態存在其訊號峰值為5eV。但[Co(3nm)/C(3nm)] 5之樣品卻有個相反的 正值CD 訊號並且峰值接近碳 σ-σ*鍵結 5.5eV，而[Co(3nm)/C(6nm)] 5樣品在 退去外加磁場時，尚未發現明顯的磁光訊號，暫時推測為訊號過小不易量測。由 於這種類似殘磁的訊號會從5.0eV 藍位移至 5.5eV 因此在做 CD - H 圖時，另外 取5.5eV 出來討論。可從下面的 CD - H 圖 4-11 顯而易見地知道有類似 SQUID 的殘磁訊號。

-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4

MCD (mdeg)

Energy = 5.6152eV

MCD (mdeg)

H (T)

[Co(3nm)/C(3nm)] 5 [Co(3nm)/C(6nm)] 5

-0.7 0.0 0.7 -200

30 

sp

²

hybridization of Carbon 3d of Cobalt

sp

²

sp

²

1s 3d

sp

²

2p

3d 3d

3d 3d

圖4-12 為說明鈷 3d 軌域與碳 2p 軌域的電子轉移現象之示意圖

純鈷膜所擁有的殘磁訊號的來源為 3d 的不成對電子，而[Co(3nm)/C(3nm)] 5

樣品的殘磁訊號的來源為鈷的3d 軌域與碳的 2p 軌域彼此間有著電子轉移，使得 殘磁訊號較純鈷膜微弱且正負號相反。這樣也可以說明5.0eV 的磁光訊號是來自 於金屬鈷貢獻；5.5eV 因為電子的轉移而呈現的微弱訊號，在高磁場下被金屬鈷 的5.0eV 所掩蓋。而在退去外加磁場後，就只剩下出現在 5.5eV 由金屬鈷所引致 的半導體碳的磁光訊號。

在文檔中 非晶質碳/金屬鈷多層膜之磁光研究 (頁 31-40)