XRD 結果分析

Chapter 4 實驗分析討論

4.2 XRD 結果分析

在室溫環境下釔釤鐵石榴石樣品(𝑌

_3−𝑥

𝑆𝑚

_𝑥

𝐹𝑒

₅

𝑂

₁₂

, 𝑥 = 0~3)做 X 光粉末繞射量測，藉此來分析其晶格結構。本研究分別使用兩種範圍來掃描樣品：(1)大角度掃描使用連續量測模式，每個數據點量測角度間距約為 0.025 度，樣品旋轉的角度θ 從 15 到 50 度；(2)小角度掃描則使用逐點量測模式，量測間距為 0.01 度，樣品旋轉的角度 θ 從 15 到 25 度。

藍寶石基板的 X 光繞射峰上以星號作為標記，可以發現藍寶石峰值(006)到 (0012)之間，沒有觀察到任何繞射峰值，所有薄膜的繞射峰值都在角度 15~20 度之間，由小範圍掃描可以找到釔鐵石榴石(420)、(422)、(521)晶相所對應的峰 值。摻雜 x =0.0 只能觀察到(521)的峰值，比例增加至 x =0.5 和 1.0，能觀察到 (420)、(422)、(521)晶相，(420)、(422) 、(521)在 x =0.5 和 1.0 隨著比例增加而 增強，而相較於 x =0.0 的(521)峰值強度，x =0.5 和 1.0 的(521)峰值強度都變 小，摻雜 x =1.5 則只能觀察到(422)的峰值，在 x =2.0 和 2.5 時，無法觀察到薄 膜繞射峰，最後使用釤全取代釔，亦可觀察到(420)、(422) 、(521)的峰值。整體觀測發現無論取代比例為何 X 光薄膜訊號都為釔鐵石榴石的特徵峰值，並沒有出現氧化釤或是氧化鐵的峰值訊號，如圖 26、27。這表示當有量測到結晶訊號時，摻雜的釤都有成功取代釔結晶成石榴石結構。

由於釔釤鐵石榴石薄膜有多個晶面的繞射峰，所以可以推斷為多晶態的薄 膜，其中 x =2.0 和 2.5 為非晶態薄膜。釔釤鐵石榴石薄膜樣品之晶格常數在 12.3046～12.4669 Å 之間，圖 28。顯示薄膜晶格常數和摻雜比例關係，其中水 平線表示釔鐵石榴石塊材晶格常數 12.367 Å ，可以觀察到僅 x =1.5 的薄膜之晶 格常數較釔鐵石榴石塊材小，其餘的皆較大，這也代表所有膜膜都承受晶格失配所導致的應力影響。

32

(420) (422) (521)

33

圖 27 小範圍量測的 XRD，角度從 15 到 25 度

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

12.30 12.32 12.34 12.36 12.38 12.40 12.42 12.44 12.46 12.48

X

L atti ce co n stan t (Å )

Y _3-x Sm _x Fe ₅ O ₁₂ ,X=0.0~3.0

塊材：12.376Å

圖 28 各比例摻雜對晶格常數

4.3 拉曼光譜分析

在室溫下利用 532 nm 雷射光所測得的拉曼散射光譜，如圖 29、30，除了藍寶石基板的繞射峰值以*表示之外，可以觀察到 11 個散射峰。這些散射峰的位置在 195、245、320、347、378、446、470、504、620、670、1330 cm^-1。和文獻 [27, 38, 39]比對之後194 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、319 𝑐𝑚

⁻¹

(𝐸

_𝑔

)、378 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、

445 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、504 𝑐𝑚

⁻¹

_1𝑔

)、624 𝑐𝑚

⁻¹

(𝐸

_𝑔

)是石榴石結構的拉曼散射特徵 峰，如圖 29、30，此外除了 x =1.5 之外的樣品在 245、670、1330 cm^-1有拉曼散射峰值，這些拉曼散射峰值比對文獻後，可以對應到Fe

³⁺

的拉曼訊號

243 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、659 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、1316 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)，比例為 x =2.5 在 245、470 這兩個位置有拉曼散射峰，比對文獻可以對應到Sm

³⁺

的拉曼訊號

34

244.25 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)、472.59 𝑐𝑚

⁻¹

_2𝑔

)，如圖 31、32。

200 400 600 800

*

Sapphire X=0.0

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm ^-1 )

200 400 600 800

E_g T_2g

T_2g E_g

Sapphire X=2.5 X=3.0

Y

_3-x

Sm

Fe

₅

O

₁₂

T = 300 K

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm ^-1 )

35

圖 30 𝐱 = 𝟐. 𝟓、𝟑. 𝟎與基板，比較釔鐵石榴石拉曼訊號

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

2E_u

Sapphire X=0.0

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm ^-1 )

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

2E_u

Sapphire X=2.5 X=3.0

Y

_3-x

Sm

Fe

₅

O

₁₂

T = 300 K

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm ^-1 )

36

圖 32 𝐱 = 𝟐. 𝟓、𝟑. 𝟎與基板，比較 Fe

³⁺

和 Sm

³⁺

拉曼訊號

37 4.4 薄膜表面形貌

我們使用原子力顯微鏡檢測薄膜樣品的表面形貌，掃描面積有

10 μm × 10 μm及5 μm × 5 μm，如圖 33 和圖 34 並列，用10 μm × 10 μm的形貌圖取得樣品的方均根粗糙度。

純 YIG(x = 0.0)和 SmIG(x = 3.0)的薄膜表面的晶粒形狀大致以圓形為 主，並有部分彼此連結的長條形，晶粒尺寸(x = 0.5～2.5)較部份取代的薄 膜大且尺寸較不均勻，平均直徑約在 272.33 nm(x = 0.0)和 322.18 nm(x = 3.0)，也有較多深陷的區域，方均根粗糙度為 23.081 nm(x = 0.0)和 14.678 nm(x = 3.0)。

部分取代的 SmIG 薄膜樣品表面晶粒為圓形，直徑隨著取代量增加而 增加到 x =1.5 最大後再降低，且粒徑尺寸較為一致，大約從 168.11 nm(x = 0.5)增至 289.69 nm(x = 1.5)在下降至 180.8 nm(x = 2.5)，也極少有深陷的情 況，粗糙度也因此較小，方均根粗糙度在 6.839～10.32 nm 之間。觀察發現方均根粗糙度和取代量的關係如圖 35，可以看出加入釤元素後，薄膜表面粗糙度就減小，但粗糙度和取代量無明確的相依性。粒徑尺寸與取代量關係圖，如圖 36。

薄膜表面形貌呈現圓形顆粒裝的原因可能是因為我們的薄膜樣品為多晶或是非晶結構，而產生多晶或非晶結構是因為樣品結構與基板晶格失配而產生的應力所影響。

38 𝐱 = 𝟎. 𝟎 𝐱 = 𝟎. 𝟓

𝐱 = 𝟏. 𝟎 𝐱 = 𝟏. 𝟓

𝐱 = 𝟐. 𝟎 𝐱 = 𝟐. 𝟓

圖 33 𝒀

_𝟑−𝒙

𝑺𝒎

_𝒙

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

, 𝒙 = 𝟎~𝟑的 𝟏𝟎𝐮𝐦 × 𝟏𝟎𝐮𝐦範圍的表面形貌

𝐱 = 𝟑. 𝟎

39 𝐱 = 𝟎. 𝟎 𝐱 = 𝟎. 𝟓

𝐱 = 𝟏. 𝟎 𝐱 = 𝟏. 𝟓

𝐱 = 𝟐. 𝟎 𝐱 = 𝟐. 𝟓

圖 34 𝒀_𝟑−𝒙𝑺𝒎_𝒙𝑭𝒆_𝟓𝑶_𝟏𝟐 , 𝒙 = 𝟎~𝟑的 𝟓𝐮𝐦 × 𝟓𝐮𝐦範圍的表面形貌圖

𝐱 = 𝟑. 𝟎

40 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

5 10 15 20 25

R M S ro u g h n ess, R q (n m)

Y

_3-x

Sm

Fe

₅

O

₁₂

, x=

圖 35 不同摻雜比例與方均粗糙度(Rq)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

100 150 200 250 300 350 400

D iameter (n m)

Y

_3-x

Sm

Fe

₅

O

₁₂

, x=

41

圖 36 平均值直徑對各比例關係圖

42 4.6 法拉第磁光

本研究使用氙燈來做為法拉第磁光的光源，在 360 nm～720 nm 波長範圍，每間格 20 nm 測量一組磁滯曲線。外加磁場平行於入射光方向並垂直樣品表面，磁場範圍則是±900 Oe。薄膜樣品的法拉第磁滯曲線請參看圖 36～圖 56。

除了 x = 2.5 薄膜在所有波長都不具磁滯特性之外其他釔釤鐵石榴石薄 膜，在部分波長可觀察到明顯的磁滯現象，因為法拉第磁光的磁場方向垂直於薄膜表面，測得磁滯曲線代表薄膜具有磁垂直異向性。其矯頑場先隨 著摻雜比例增加而增大，從 x = 0.0 的 2 mT 增大到 x = 1.5 和 2.0 的 250 mT，而後再降至 x = 3.0 的 20 mT。矯頑磁場和摻雜比例的關係，如圖 57。飽和法拉第旋轉角和比例關係，如圖 58。我們也觀察到𝒙 = 0.0在波長 360~380 nm、420~480 nm，而x = 0.5的樣品，在波長360~480 nm，

𝒙 = 1.0的樣品，在波長 400~480 nm和520~580 nm，𝒙 = 1.5的樣品，在波長 360~420 nm和 460~680 nm，𝒙 = 2.0的樣品，在波長 360~420 nm和 400~500 nm，𝒙 = 3.0的樣品，在波長 360~480 nm，可以觀察到磁滯曲線的產生。

x = 0.0 在 400 nm 前後，𝒙 = 1.5、2.0在380~400 nm前後，磁滯曲線 的方向反轉的現象發生，由於矯頑場的數值沒有變化，所以推斷是不同波長的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光相對樣品有不同的折射率，以旋轉公式 φ = (𝑛

_𝑅

− 𝑛

_𝐿

)

^𝜔𝑑

2𝐶

，可知正負的變化可能因為左右旋光的折射率值從n

_R

_𝐿

變成n

_R

< n

_𝐿

，所以差值由正轉負。而在正負變化過程中間的波長磁滯曲線會消失。

將各薄膜樣品的矯頑場、飽和法拉第旋轉角和波長的關係繪製成圖 59 和圖 60，可以推估釔釤鐵石榴石薄膜折射率大小反轉的波長在 400～460 nm 之間。

43

-1000 -500 0 500 1000

-0.00078 -0.00052 -0.00026 0.00000

-1000 -500 0 500 1000

-0.00066

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

44

45

-1000 -500 0 500 1000

0.00084 0.00105 0.00126 0.00147

-1000 -500 0 500 1000

-0.00070

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

46

47

圖 39 𝒀

_𝟑

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00072 -0.00054 -0.00036 -0.00018

-1000 -500 0 500 1000

-0.00065 -0.00052 -0.00039 -0.00026

-1000 -500 0 500 1000

-0.00064 -0.00048 -0.00032 -0.00016

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

48

49

-1000 -500 0 500 1000

-0.00130 -0.00065 0.00000 0.00065

-1000 -500 0 500 1000

-0.0018

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

50

-1000 -500 0 500 1000

-0.00138 -0.00115 -0.00092 -0.00069

-1000 -500 0 500 1000

-0.00128

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

51

圖 42 𝒀

_𝟐.𝟓

𝑺𝒎

_𝟎.𝟓

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00091 -0.00078 -0.00065 -0.00052

-1000 -500 0 500 1000

-0.00108 -0.00090 -0.00072 -0.00054

-1000 -500 0 500 1000

-0.00108 -0.00090 -0.00072 -0.00054

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

52

-1000 -500 0 500 1000

-0.00078 0.00000 0.00078 0.00156 0.00234

-1000 -500 0 500 1000

-0.00118

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

53

-1000 -500 0 500 1000

-0.00204 -0.00170 -0.00136 -0.00102

-1000 -500 0 500 1000

-0.00130

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

54

圖 45 𝒀

_𝟐

𝑺𝒎

_𝟏

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00145 -0.00116 -0.00087 -0.00058

-1000 -500 0 500 1000

-0.00120 -0.00096 -0.00072 -0.00048

-1000 -500 0 500 1000

-0.00140 -0.00112 -0.00084 -0.00056

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

55

-1000 -500 0 500 1000

-0.0036 -0.0024 -0.0012 0.0000 0.0012

-1000 -500 0 500 1000

-0.0024

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

56

-1000 -500 0 500 1000

-0.00148 -0.00111 -0.00074 -0.00037

-1000 -500 0 500 1000

-0.00155

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

57

圖 48 𝒀

_𝟏.𝟓

𝑺𝒎

_𝟏.𝟓

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00112 -0.00084 -0.00056 -0.00028

-1000 -500 0 500 1000

-0.00130 -0.00104 -0.00078 -0.00052

-1000 -500 0 500 1000

-0.00126 -0.00108 -0.00090 -0.00072

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

58

-1000 -500 0 500 1000

-0.00144 -0.00072 0.00000 0.00072

-1000 -500 0 500 1000

-0.00165

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

59

-1000 -500 0 500 1000

-0.00104 -0.00078 -0.00052 -0.00026

-1000 -500 0 500 1000 -0.00084

-0.00063

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

60

圖 51 𝒀

_𝟏

𝑺𝒎

_𝟐

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00092 -0.00069 -0.00046 -0.00023

-1000 -500 0 500 1000

-0.00092 -0.00069 -0.00046 -0.00023

-1000 -500 0 500 1000

-0.00090 -0.00072 -0.00054 -0.00036

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

61

-1000 -500 0 500 1000

-0.00093 -0.00062 -0.00031 0.00000

-1000 -500 0 500 1000

-0.00111

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480

Magnetic field (mT)

500

62

-1000 -500 0 500 1000

-0.0008 -0.0006 -0.0004 -0.0002

-1000 -500 0 500 1000

-0.00075

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640

Magnetic field (mT)

660

63

圖 54 𝒀

_𝟎.𝟓

𝑺𝒎

_𝟐.𝟓

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00042 -0.00021 0.00000 0.00021

-1000 -500 0 500 1000

-0.00096 -0.00080 -0.00064 -0.00048

-1000 -500 0 500 1000

-0.00078 -0.00065 -0.00052

-0.00039

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680 700

F

(ra d)

F

(ra d)

720

64

-1000 -500 0 500 1000

-0.00156 -0.00078 0.00000 0.00078

-1000 -500 0 500 1000

-0.00126

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

480nm

Magnetic field (mT)

500nm

65

66

-1000 -500 0 500 1000

-0.00087 -0.00058 -0.00029 0.00000

-1000 -500 0 500 1000

-0.00092

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

640nm

Magnetic field (mT)

660nm

67

68

圖 57 𝐒𝐦

_𝟑

𝑭𝒆

_𝟓

𝑶

_𝟏𝟐

在藍寶石基板的法拉第磁光，波長 68𝟎~𝟕𝟐𝟎

-0.00090 -0.00072 -0.00054 -0.00036

-1000 -500 0 500 1000

-0.00084 -0.00056 -0.00028 0.00000

-1000 -500 0 500 1000

-0.0010 -0.0008 -0.0006 -0.0004

Magnetic field (mT)

F

(ra d)

680nm 700nm

F

(ra d)

F

(ra d)

720nm

69

70 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 50 100 150 200 250 300 350

Hc

X

圖 58 矯頑場和各摻雜比例關係

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

∆ F a ra d a y Ro ta ti o n An g le ( 10

-3

mr a d )

Y

_3-x

Sm

Fe

₅

O

₁₂

, X=

圖 59 飽和法拉第旋轉角和摻雜比例關係

71 350 400 450 500 550

2 Ms

400 450 500 550 600 650 700

-1

2 Ms ( 10

-3

mr a d )

λ (nm)

圖 61 X=1.5 的飽和法拉第旋轉角與波長關係

72

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 1700

Kerr signal (arb. units)

Magnetic Field (Oe)

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 1750

Kerr signal (arb. units)

Magnetic Field (Oe)

圖 62.𝐱 = 𝟏. 𝟓和𝐱 = 𝟐. 𝟎，的柯爾磁光 P-moke 訊號

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2020

Kerr signal (arb. units)

Magnetic Field (Oe)

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2015

Kerr signal (arb. units)

Magnetic Field (Oe)

圖 63.𝐱 = 𝟏. 𝟓和𝐱 = 𝟐. 𝟎，的柯爾磁光 L-moke 訊號

73

Chapter 5 結論

本論文採用 PLD 系統在 c-sapphire 上成長 100 nm 厚的釔釤鐵石榴石薄膜，

以探究其鍍膜速率、結構特性、表面形貌、和磁光特性，薄膜樣品在氧壓3 × 10

⁻¹

mbar、基板溫度 525 ℃、雷射波長 266 nm 能量密度 3.5 J/cm²，製備完成後，在使用高溫爐在大氣情況下做 1050 ℃熱退火 4 小時。

個別取代比例樣品的鍍膜速率在 1.66 和 2.86 nm/min 之間，且和比例無關，X 光繞射和拉曼散射光譜顯示，所有薄膜樣品均維持 YIG 立方對稱的石榴 石結構，但 x =2.0 和 x =2.5 為非晶相薄膜，其餘皆為多晶相，多晶薄膜的晶格 常數在 12.3046～12.4669 Å 之間，只有 x = 1.5 的薄膜晶格常數小於塊材 YIG 的 晶格常數。拉曼光譜在 x = 2.5 的薄膜有觀察到 Sm³⁺的散射峰出現，其餘都呈現 YIG 的拉曼振動模式。

薄膜的表面形貌以圓形為主，部分取代的薄膜表面粒徑較小也較一致，所有的薄膜方均根粗糙度在 6.839 nm～10.32 nm 之間，和取代量無明確關係。法拉第磁光在 380 nm 和 640 nm 之間，可觀察到磁滯曲線，代表樣品具有磁垂直異相性。其矯頑場在 2 mT 到 250 mT 之間，飽和法拉第旋轉角差值在 15.186 mrad 和 747.413 mrad 之間，兩者隨著比例增加而增加到 X=1.5 和 2.0 達到最大，而 X=2.0～3.0 之間隨比例增加下降，此外 380 和 400 前後可觀察到磁滯曲線反向的現象，這是左右旋光在不同波長對樣品的折射率變化所造成，磁光柯爾效應則觀察不到磁滯曲線，原因推測是薄膜樣品過於透明反射的光學訊號與雜訊之間無法分離。

74

參考資料

[1] M. A. Popov, I. V. Zavislyak, and G. Srinivasan, “A MAGNETIC FIELD TUNABLE YTTRIUM IRON,” Progress In Electromagnetics Research C, pp. Vol. 25, 145-157, (2012).

[2] Wan Fahmin Faiz Wan Ali, Hasnul Hakimi Jaafar, Mohd Fadzil Ain, Norazharuddin Shah

Abdullah & Zainal Arifin Ahmad, “Enhancement of YIG bandwidth efficiency through Ce-doping for dielectric resonator antenna (DRA) applications,” Journal of Materials Science Materials in Electronics, pp. 26, pages504–514, (2015).

[3] Wan Fahmin FaizWan Ali, MohamadariffOthman, Mohd FadzilAin, Norazharuddin Shah Abdullah, Zainal Arifin Ahmad, “From optimization to dielectric resonator antenna (DRA) applicationof YIG: Synthesis approach,” Journal of Alloys and Compounds, pp. Volume 645, Pages 541-552, (2015).

[4] Vincent G.Harris,Anton Geiler,Yajie Chen,Soack Dae Yoon,Mingzhong Wu,Aria Yang,Zhaohui Chen,Peng He,Patanjali V. Parimi,Xu Zuo,Carl E. Patton,Manasori Abe,Olivier Acher,Carmine Vittoria, “Recent advances in processing and applications of microwave ferrites,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, pp. Volume 321, Issue 14, Pages 2035-2047, 2009.

[5] V V Kruglyak, S O Demokritov and D Grundler, “Magnonics,” Journal of Physics D: Applied Physics, pp. Volume 43, Number 26, (2010).

[6] T. S. a. D. Grundler, “Magnonic crystal wave guide with large spin-wave propagation velocity in CoFeB,” Applied Physics Letters, pp. Volume 102, Issue 22,10.1063/1.4809757, (2013).

[7] Benjamin Lenk, Henning Ulrichs, Fabian Garbs, Markus Münzenberg, “The building blocks of magnonics,” Materials Science, pp. Physics Reports 507, 107-136, (2011).

[8] A. Khitun, “Multi-frequency magnonic logic circuits for parallel data processing,” Journal of Applied Physics, pp. Volume 111, Issue 5,10.1063/1.3689011, (2012).

[9] Sergiy Cherepov, Pedram Khalili Amiri, Juan G. Alzate, Kin Wong, Mark Lewis,, “Electric-field-induced spin wave generation using multiferroic magnetoelectric cells,” APPLIED PHYSICS LETTERS, pp. 104, 082403, (2014).

[10] T. Fischer, M. Kewenig, D. A. Bozhko, A. A. Serga, I. I. Syvorotka, F. Ciubotaru, C. Adelmann, B. Hillebrands, and A. V. Chumak, “Experimental prototype of a spin-wave majority gate,”

Applied Physics Letters, pp. 110, 152401, (2017).

[11] M Krawczyk,D Grundler, “Review and prospects of magnonic crystals and devices with

reprogrammable band structure,” Journal of Physics: Condensed Matter, pp. Volume 26,, (2014).

[12] Andrii V. Chumak, Alexander A. Serga & Burkard Hillebrands , “Magnon transistor for

all-magnon data processing,” Nature Communications , pp. volume 5, Article number: 4700, (2014).

75

[13] Haiming Yu, O. d’ Allivy Kelly, V. Cros, R. Bernard, P. Bortolotti, A. Anane, F. Brandl, F.

Heimbach & D. Grundler , “Approaching soft X-ray wavelengths in nanomagnet-based microwave technology,” Nature Communications, pp. volume 7, 11255, (2016).

[14] Christoph Hauser, Tim Richter, Nico Homonnay, Christian Eisenschmidt, Mohammad Qaid, Hakan Deniz, Dietrich Hesse, Maciej Sawicki, Stefan G. Ebbinghaus & Georg Schmidt , “Yttrium Iron Garnet Thin Films with Very Low Damping Obtained by Recrystallization of Amorphous,”

Scientific Reports, pp. volume 6, Article number: 20827 , (2016).

[15] Biswanath Bhoi, Bosung Kim, Yongsub Kim, Min-Kwan Kim, Jae-Hyeok Lee, and Sang-Koog Kim, “Stress-induced magnetic properties of PLD-grown high-quality ultrathin YIG,” Journal of Applied Physics , pp. 123, 203902, (2018).

[16] Makiyyu Abdullahi Musa,Raba'ah Syahidah Azis,Nurul Huda Osman,Jumiah Hassan,Tasiu Zangina, “Structure and magnetic properties of yttrium–iron–garnet thin films,” Results in Physics, pp. Volume 7, Pages 1135-1142, (2017).

[17] A. Sposito, “Pulsed laser deposition of thin film magneto-optic materials and lasing waveguides,”

University of Southampton, Physical Sciences and Engineering, Doctoral Thesis, p. 259pp, (2014).

[18] 郭豐瑋, “釔鐵石榴石的 MCD 研究”.

[19] “Pulsed laser deposition of thin film magneto-optic materials and lasing waveguides”.

[20] “化學週期表(https://images-of-elements.com/),” (2019).

[21] “kyocera 材料供應商(https://americas.kyocera.com/products/)”.

[22] 何焱騰 ; 馬俊皓 ; 張翼, “脈衝雷射鍍膜技術在二維材料之應用,” 奈米通訊 , pp. 22:1 頁 20-27, (2015).

[23] ma-tek, “薄膜厚度輪廓測量儀 (α-step)”.

[24] “Powder Diffraction on the Web(http://img.chem.ucl.ac.uk/)”.

[25] “多功能薄膜 X 光繞射儀

(HRXRD)(http://www.pisc.fcu.edu.tw/?lnk=instrument_detail&iid=10)”.

[26] “bruker(X-ray diffraction)”.

[27] José Francisco Barrón,Leticia Hernández Cruz,Félix Sánchez De Jesús,Ana María Bolarín-Miró,

“Vibrational and magnetic properties of YIG ferrite powders,” Journal of Physics: Conference Series, p. Series 1221, (2019).

[28] 陳建淼,洪連輝, “磁性物質,” 科學 Online(https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1629), (2009).

[29] 李聖尉,蔡志申, “磁性物質（Ⅰ）–反磁性、順磁性（Magnetic Material–Ⅰ）,” 科學 Online(https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=22512), 2011.

[30] “中山大學演示實驗(http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/2012/B4/B4.htm)”.

76

[31] “磁性物質（Ⅱ）–鐵磁性、反鐵磁性（Magnetic Material–Ⅱ）,” 科學 Online(https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=22506), 2011.

[32] zh.wikipedia, “法拉第效應”.

[33] “磁性理論與柯爾磁光原理與實驗

(http://rportal.lib.ntnu.edu.tw/bitstream/20.500.12235/102630/4/n069441014404.pdf)”.

[34] 蔡志申, “表面磁光科爾效應與超薄膜磁性性質,” 物理雙月刊, pp. 廿五卷五期, 605, (2003).

[35] 蘇書玄,李彥龍,蔡志申, “表面磁光科爾效應系統與 Co/Ir(111)之磁性研究,” 表面磁光科爾效 應系統與 Co/Ir(111)之磁性研究 , p. 東海科學第六卷：1−15 , 2004.

[36] 陳建淼,洪連輝, “柯爾磁光效應,” 科學

Online(https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1595), (2009).

[37] Jin-Joo Song, P. B. Klein, R. L. Wadsack, M. Selders, S. Mroczkowski, and R. K. Chang,

“Raman-active phonons in aluminum, gallium, and iron garnets*,” OSA Publishing, pp. Volume 63,Issue 9,Page 1135, (1973).

[38] Eduardo Mallmann,Sergio Sombra,Júlio Cesar Góes,P. B. A. Fechine, “Yttrium Iron Garnet:

Properties and Applications Review,” Solid State Phenomena, pp. 202:65-96, (2013).

[39] Ravinder Kumar, Z. Hossain, and R. C. Budhania, “Effects of post-deposition annealing on the structure and magnetization of PLD grown,” Journal of Applied Physics, pp. 121, 113901, (2017).

[40] Muhammad Yousaf,Asma Noor,ShuaiXu,Majid NiazAkhtar,BaoyuanWang, “Magnetic characteristics and optical band alignments of rare earth (Sm+3, Nd+3) doped garnet ferrite nanoparticles (NPs),” Ceramics International, pp. Volume 46,Pages 16524-16532, 2020.

[41] M.Yousaf,Majid Niaz Akhtar,Baoyuan Wang,Asma Noor, “Preparations, optical, structural, conductive and magnetic evaluations of RE's (Pr, Y, Gd, Ho, Yb) doped spinel nanoferrites,”

Ceramics International, pp. Volume 46, Issue 4, Pages 4280-4288, (2020).

[42] 黃英碩, “掃描探針顯微術的原理及應用,” 科儀新知, p. 第二十六卷第四期 94.2.

77

附錄

靶材製作計算

首先我們利用下面的計算來準備我們所需要的粉末重量，首先為 YIG 摻雜

在文檔中摻雜釤元素的釔鐵石榴石之磁性探討 (頁 38-0)

Chapter 4 實驗分析討論

4.2 XRD 結果分析

3−𝑥

𝑥

5

12

32

33

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

12.30 12.32 12.34 12.36 12.38 12.40 12.42 12.44 12.46 12.48

X

L atti ce co n stan t (Å )

Y 3-x Sm x Fe 5 O 12 ,X=0.0~3.0

4.3 拉曼光譜分析

−1

2𝑔

−1

𝑔

−1

2𝑔

−1

2𝑔

−1

1𝑔

−1

𝑔

3+

−1

2𝑔

−1

2𝑔

−1

2𝑔

3+

34

−1

2𝑔

−1

2𝑔

200 400 600 800

*

Sapphire X=0.0

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm -1 )

200 400 600 800

Y

Sm

Fe

O

T = 300 K

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm -1 )

35

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm -1 )

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Y

Sm

Fe

O

T = 300 K

In ten si ty (ar b . u n its)

Raman shift (cm -1 )

36

3+

3+

37

4.4 薄膜表面形貌

38

𝐱 = 𝟎. 𝟎 𝐱 = 𝟎. 𝟓

𝐱 = 𝟏. 𝟎 𝐱 = 𝟏. 𝟓

𝐱 = 𝟐. 𝟎 𝐱 = 𝟐. 𝟓

𝟑−𝒙

𝒙

𝟓

𝟏𝟐

𝐱 = 𝟑. 𝟎

39

_3−𝑥

_𝑥

₅

₁₂

Y _3-x Sm _x Fe ₅ O ₁₂ ,X=0.0~3.0

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_𝑔

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_1𝑔

⁻¹

_𝑔

³⁺

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_2𝑔

³⁺

⁻¹

_2𝑔

⁻¹

_2𝑔

Raman shift (cm ^-1 )

Raman shift (cm ^-1 )

Raman shift (cm ^-1 )

Raman shift (cm ^-1 )

³⁺

³⁺

_𝟑−𝒙

_𝒙

_𝟓

_𝟏𝟐

_𝑅

_𝐿

^𝜔𝑑

_R

_𝐿

_R

_𝐿

_𝟑

_𝟓

_𝟏𝟐

_𝟐.𝟓

_𝟎.𝟓

_𝟓

_𝟏𝟐