鈣鈦礦結構金屬氧化物薄膜物理與元件---子計畫III:超快雷射光電技術應用於超導物理與元件之研究(III)

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

子計畫三:超快雷射光電技術應用於超導物理與元件之研究

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計畫類別：整合型計畫計畫編號： NSC91-2112-M-009-045- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日執行單位：國立交通大學電子物理學系計畫主持人：吳光雄報告類型：完整報告報告附件：出席國際會議研究心得報告及發表論文處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 92 年 10 月 29 日

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政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告子

三畫成超 :快雷射光電技術應用於導快物理與元件之目究 計 (3/3) 畫類別：整合型編畫類畫類號－整 NSC 91執 2112執 M執 009執 045 行期間年整 91 月 08 日 01 至單 92 月 07 日 31 至行期位國整立交通大學電子物理系電主畫類持人吳整光雄報告完別編整附合告完告完件出整席際立會議研究心得及告完發表論文處方系式本整可畫類公開查詢中華民頁立 92 月 10 日 26 至

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錄中

數摘華處畫類要英 --- 3 、處畫類要英 --- 4 I綜可物畫類概型述利 --- 5 II綜用飛秒級激探表 -測技術高究心溫超導薄膜的特 ी 一 --- 8 背綜究心景與目二特 --- 8 實綜驗統主三 --- 12 結綜果討目極文 --- 14 3.1 化譜秒級雄不 --- 14 3.2 同軸向量特 YBCO 膜的氧技果討 --- 16 3.3 同軸含四氧特 (100)YBCO 膜的氧技果討 --- 21 章綜可五果文 --- 24 參綜考獻處釔 --- 26 III綜作主溫超導薄膜的為泰拉赫茲輻射源樣特究心 --- 27 背綜究心景與目二特 --- 27 實綜品製備裝目驗統置緩 --- 28 結綜作主溫超導薄膜的為泰拉赫茲輻射源樣特究心 --- 32 章綜可五果文 --- 40 參綜考獻處釔 --- 41 IV綜溫超導薄膜的衝層之脈究心 --- 43 背綜究心景與目二特 --- 43 實綜雷層蒸源鍍氮鈦譜和鋇含譜和膜的特究心 --- 43 結綜雷層蒸源鍍氮 a 向 (100)作銅鐠含 /鑭銅鐠含 /(100)鍶鎵基含板總特究心 --- 78 章綜可五果文 --- 90 參綜考獻處釔 --- 91 V綜自果目評已 --- 95 可畫類即表論鋇將列表論脈文處低論 --- 97

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文摘畫成要關

鍵詞英 :

秒級激元超探表 -測技氧技綜溫超導薄反出雄電應阻綜導薄雄關查致綜雄構拉赫茲輻射源綜導薄雄子理系 ी 一究心綜雷層蒸源鍍氮衝層之綜作銅鐠含 /衝層之 /板總果在綜 (100)作銅鐠含膜的這，結月特畫類華我們快用飛秒級激導來蒸源雄樣鋇化譜探表 -測技氧技術高我分氧技析摻同軸向量綜同軸鑭雜下氧發同軸含四氧特作主溫超導薄膜的我這同軸化譜雄探表 -測技小特 ∆R/R 學載綜弛物時衝 ܄ 年能摘綜導薄隙偽鋇等隙偽。些，除果討我了對帶溫超導薄隙古果在綜柏破帶特壞準發粒回物復成過柏破帶特程有進步背解特對外更我首次此用飛塊術高帶材各導薄隙偽發等隙偽特異量嶄一期泰進新現特表亦些可畫類半究心用飛體薄或產溫超導薄或備為雄構拉赫茲輻射源生並樣我嘗試磁用飛，除子質射源樣究心溫超導薄或特子質一如我介函子係摘綜雄薄穿摘綜透深度隨。頻超隨綜率變特情譜形流產導薄子渦綜質一旋布果在特析初形流。我即進九解特過討些這十地月隨特畫類華我們快進主三固究心背除溫超導薄膜的衝層之特 ी 一些，除膜的帶可態群究心提特究心畫類供最對佳其特品製我而華 (100)作銅鐠含 /鑭銅鐠含 /(100)鍶鎵基含我最可畫類導來探表測技鋇拉赫茲輻子質射源。氧技驗統飛 ;以這含譜和膜的特鍍氮究心華我們快公採到飛同軸特氮的程有我及相位向量綜位料特含譜和膜的我用飛，除膜的為鍍氮導薄產質一各錯特衝層之我即進同力特果討目阻飛些

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：摘畫成要關

Keywords、 ultrafast measurement technique, optical response of high Tc

superconducting devices (HTSC), hTSC photoresistive switch, optically activated Thz radiation, pulsed laser deposition, buffer layer, YBCO/buffer layer/substrate structure, (100) YBCO thin films

In the three-year project, we have developed the polarization-dependent femtosecond pump-probe spectroscopy technique. The signal of – R/R for well characterized (100) and (110) YBa2Cu3O7-λ thin films at different orientations and different oxygen

stoichiometries has been measured and analyzed systemically. The anisotropic properties of carrier relaxation, superconducting gap and pseudogap of YBa2Cu3O7-λ

thin films has been revealed in this study. Therefore, this bulk-sensitive spectroscopy, together with the well-textured samples, serves as an effective probe to quasiparticle relaxation dynamics and gap symmetry of this material.

In the generation and applications of THz radiation, we have built a high frequency modulated free-space electro-optic sampling system to measure the characterizations of THz radiation generated from semiconductor (SI GaAs) and high Tc

superconductor (YBa2Cu3O7-λ ). We also preliminarily study the high frequency

response of YBa2Cu3O7-λ thin films such as the temperature or /and frequency

dependence of the dielectric function, penetration depth, photoconductivity, supercurrent distribution, by using the THz radiation generated from SI GaAs.

We also systemically study the characteristics of various buffer layers for high Tc superconducting thin films prepared by pulsed laser deposition (PLD). The optimum deposition conditions for growing the buffer layers and YBCO/buffer layer structure have been investigated. These samples are required for the research projects of our group. For example, (100)YBCO/PBCO/(100)LaSrGaO4 has been used for ultrafast pump-probe and THz radiation experiments. Single phase with highly oriented TiO2 thin filmsΦ either rutile or anataseΦ has been used as a buffer layer in depositing superconducting and colossal magneto-resistance films.

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I本綜三畫成合概述利

評 1987月溫超導薄或表亦採分我吳快構於微究心，除導薄或生並導薄特觀機理系制正發而運能群鋇導薄群脈一如我嘗列，除一如速飛微導薄子物反出鋇溫偵 த 技上由些許微多聲板可一如介子物我非物時衝鋇平衡動群導薄範於期泰。脈應阻 ܄ 年這 ps圍短產首因我需塊所飛 導來雄電術高分究心些 通學子理態群究心提鋇雄子近導來蒸源究心提從月分半事面進致微用飛秒級激探表 -測技術高分究心溫超導薄膜的鋇體薄或膜的脈 ी 一些這可畫類華我們快用飛秒級激導來蒸源雄樣鋇化譜探表 -測技氧技術高我分氧技析摻這同軸超隨小 (事 300K 相 20K)我同軸含四氧作主膜的 (YBa2Cu3O7-δ) 綜同軸鑭雜下氧特作主膜的 (PrxY1-xBa2Cu3O7)綜 c 向綜 a 向鋇 (110)作主膜的。我這同軸化譜雄探表 - 測技小特 ∆R/R 學載綜弛物時衝 ܄ 年能摘綜導薄隙偽 (superconducting gap)鋇等隙偽 (pseudogap)。些許微們快隙備裝衡純向量 (in-plane orientation) 達隨溫改 97 %特 a 向作主膜的鋇衡純向量達隨溫改 95 %特 (110)作主膜的我近採析：偏情探表 -測技雄特詳化式量我們快公採細曲析摻，除氧技相特 ∆R/R我頻同軸向量鋇超隨特情譜線虛發弛物時衝 ܄ 年能摘頻超隨特情譜我及相異量嶄一特導薄隙偽鋇資隙偽特訊是我，重平能雖英特果討我然稱帶微溫超導薄隙偽特帶問一題家我學具即共進 d-wave 帶問特識且我精多聲密包特氧技我晶四結環接 Josephson 角純特 flux quantization 氧技綜放隨外摻雄物均源雄不 (ARPES)。證但驗塊果討些他而法 bulk-sensitive 式彈我介導來 ܄ 年外摻術高綜平散一華物矩源綜質卻驗統。我部學言析及相異量軸一特 s-wave 帶問一如些帶導來 ܄ 年外摻探表 -測技術高以未我需泰而法究心提入驗會氧技同軸詳化群雄排源相 (110)YBCO 膜的鋇 (100) a 向精衡純向量齊低合般特 YBCO 膜的 (背無 c 向膜的特衡純向

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量我將 a 鋇 b 向我重區彈波析特 )我近採區彈氧相異量嶄一特導薄隙偽鋇資隙偽特訊是些以可畫類特氧技果討我了對帶溫超導薄隙古果在綜柏破帶特壞準發粒回物復成過柏破帶特程有進步背解特對外更我首帶材各導薄隙偽發等隙偽特異量嶄一期泰進新現特表亦些拉赫茲輻射源我而率變函微觀見目公界雄脈年些這評稱身理如華我同文重 THz射源生並樣產重各錯可段這 THz見響特率變知阻我近甚少今我單仍個重背值領及究心特域著些從月分我頻愈導來蒸源雄子術高特步解我而 ܄ 年外摻隙於 (temporal resolution)獲其我息及特是當獲聲我事究心也華就瞭首隙使外各錯特多聲板可一如些介用飛因雷層蒸源探表導薄理如我瞬而局年生並存言脈導薄群鋇運能群識 Ꮤ 特亦狀我公究心塊藉群小脈時衝範於期泰些用飛塊導來蒸源雄雷層探表各錯可段產重膜的反出我效許雄構子渦 (Current Surge)皆阻產重平虛一雄合渦 (Optical Rectification)皆阻我場公進皆固生並 THz子質射源樣些用飛 ܄ 年外摻氧技近息及特 THz局年子功射源見流我公採及相弛物這平衡動藉群小特範於期泰些這可畫類華我們快用飛秒級激導來蒸源雄探表體薄或產溫超導薄或備為雄構拉赫茲輻射源生並樣我精過空次此用飛評許取年子雄暫品術高氧暫溫超導薄膜的這採秒級雷層蒸源探表小我生並脈 THz射源特 ܄ 著寬群見流些同文重用飛體薄或 (SI-GaAs) 產重導薄或各錯 (YBCO)我場公生並 0.1單 3~4 THz約率射源我而華得率變這 0.7 THz我體溫約 (FWHM)括泰 1.1 THz些們快附過採作銅鐠含溫超導薄膜的為 THz射源樣特 ी 一氧技我晶加偏情同軸蒸源雄隙氧綜同軸更顯詳子渦發同軸氧技超隨小脈 THz܄ 著局情見流些事，除 ܄ 年外摻氧技近息及特 THz局年子功射源見流我公採及相弛物這平衡動藉群小特範於期泰些許果討示臨我這角從；身超隨 ܄ 我粒回物特復成 ܄ 年括泰 2.5 ps較以這則元氧技超隨 ܄ 我另共進則來特應阻 ܄ 年些

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據更我們快半用飛體薄或各錯生並 THz 射源樣我用飛塊子質雷層見排源溫超導薄品製我氧技而溫率知阻 ी 一些用飛氧技特摘受我系文由公採及相品製脈函子穿摘綜雄薄穿摘綜透深度隨。頻超隨綜率變特情譜形流些他許微輸相蒸源限席空變特經正我生並特 THz 射源後程溫超導薄品製衰我減尤少來我幾而也品製方微導薄群 ܄ 我透深特 THz 射源目下是析初乎故料從我困析摻少泰難續我塊言析特究心個這人併華些這十地月隨特畫類華我們快型釕對據背值吳畫類我進主三固究心背除溫超導薄膜的衝層之特 ी 一些衝層之特各錯我晶四酸條鎵 (SrRuO3,

SRO)綜鈦譜和 (TiN)綜含譜和 (TiO2)綜鑭銅鐠含 (PrBa2Cu3O7, PBCO)綜

和條鎵 (SrTiO3, STO)。我們快用飛雷層蒸源鍍氮這同軸特板總由我鍍氮，除衝層之鋇作銅鐠含 /衝層之果在特佳其鍍氮鎂出些，除膜的帶可態群究心提特究心畫類供最對佳其特品製我晶四 (001)作銅鐠含 /和條鎵 /含譜鋁板總綜 (001) 和條鎵 /酸條鎵 /作銅鐠含 / 雙條鍶板總特果在最觀見氧技驗統飛 ; (100)作銅鐠含 /鑭銅鐠含 /(100) 鍶鎵基含。種之果在我最導來探表測技鋇拉赫茲輻子質射源。氧技驗統飛 ; (001)作銅鐠含 /異選備有脈含譜和 /(100)和條鎵板總種之果在我最擇磊一長環過錳導薄膜的究心 ; (100)鍶鎵階含 /(100)和條鎵板總 -(110)鍶鎵階含 /(001)含譜和 /(100)和條鎵板總脈種向梯針角純最質子關一如究心。些採小結五列前帶秒級激探表 -測技術高究心溫超導薄膜的特 ी 一綜作主溫超導薄膜的為泰拉赫茲輻射源樣特究心鋇溫超導薄膜的衝層之脈究心結言析為細曲特告完些

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II本飛於秒級激發探 -測高術應究計溫薄快物膜的

特性一

背本究計景二元錄特

介直近利我評 1987月溫超導薄或表亦採分我吳快構於微究心，除導薄或生並導薄特觀機理系制正發而運能群鋇導薄群脈一如我嘗列，除一如速飛微導薄子物反出鋇溫偵 த 技上由些許微多聲板可一如介子物我非物時衝鋇平衡動群導薄範於期泰。脈應阻 ܄ 年這 ps圍短產首因我需塊所飛導來雄電術高分究心些雄探表導薄或 (photoexcitation of superconductor)脈究心從實地月分背例人併這步期些以精頻愈因雷層蒸源術高脈偏步我而 ܄ 年外摻隙於 (temporal resolution)獲其我息及特是當獲聲我事究心華就瞭首隙對外導薄特理系制正些早介 :金這 1974 月我瞭進吳用飛雷層約隨這 ns產 ps脈蒸源雷層探表屬足導薄或我瞬而局年生並存言脈導薄群鋇運能群識 Ꮤ 特亦狀我究心塊藉群脈時衝範於期泰 (relaxation dynamics) [1]我他許微而 ܄ 年外摻於同熟採析摻來偵特時衝期泰我困對外特理系制正進經些 1985月我過碰特撞鎖雷層模染建錯蒸源 (Colliding Pulse M-L Dye Laser)脈升交 [2,3]我公生並摘地秒級 (fs)脈蒸源雷層我瞬及來偵氧技脈 ܄ 年外摻於學泰供熱些這，間年我列 fs蒸源雷層排源單異選屬足產屬足導薄或我嘗氧技局年應源變鋇透深變脈偏情我採究心而同衡動顯格 (nonequilibrium heating我將局年脈子物超隨鋇環門超隨同料。 )衰脈時衝範於期泰重平能格確特究心題家 [3,4,5] 我就瞬們快隙粒算畫耦，除屬足脈子物鋇非物強型 (electron-phonon coupling)費隨鋇米先隙梯 (Fermi level)脈國緩。題家些

(10)

通學子理態群究心提鋇雄子近導來蒸源究心提從月分半事面進致微用飛秒級激探表 -測技術高分究心溫超導薄膜的鋇體薄或膜的脈 ी 一些這導薄或究心式純我們快重用飛雄電技氧彈分氧技導薄膜的輸秒級激雷層雄探表衰而弛物時衝特期泰些這 ܄ 年外摻特探表 -測技驗統華我也雷層蒸源排源單導薄或 ܄ 我次洞探表背除子物 -子迅帶 (electron-hole pairs)我角愈法快效許子物 -子物綜子物 -非物矩源生並多聲平衡動群特粒回物 (quasiparticles)我軸 ܄ 始偵時衝單米先隙梯件從些這背查倍生並粒回物特增只程有學括礙進 100 fs我稱以這時衝程有特佳衰背值梯響我需泰這米先隙梯件從進隙偽生並我關累對粒回物特時衝我瞬粒回物積造這隙偽脈由我步以再過各錯函子穿摘偏情些塊 ܄ 道用飛據背弱隙氧則室特雷層蒸源我將公氧技相品製局 ܄ 透深變產應源變特偏情些帶微腦超特氧技果討我們快公採用飛子做適應源變 (∆R/R)產透深變 (∆T/T)頻 ܄ 年情譜特線虛配調我耦席弛物 -非物強型費隨發格弛物特時衝期泰。考摘些據更我米先隙梯特國緩另公用飛格 ຝ 正染編 (thermomodulation model)顯採外靠 [6-8]些稱以也超隨素從 Tc܄ 我再過，選平衡動範於期泰特需複另情及平能急下 [9-13]些而華晶加米先隙梯件從隙群包隨特劇遲偏情 [11]綜粒回物 (quasiparticles)特生並鋇展衝 [9]綜導薄隙偽 (superconducting gap)[12]產等隙偽 (pseudogap)特查貢 [13]。皆阻特止釔些例單二直泰被我平衡動群導薄範於期泰鋇雄電應阻年特致穿個入清楚指特外靠些早介整 Reitze。吳滿席我也飛 2eV特探表發測技雄樣氧技差含特 YBCO膜的 ܄ 我需泰雄物隙氧角從米先隙梯 (Ef)鋇鐠 UHB (upper Hubbard band, Ed)年特負我近採這超隨元微 Tc

܄ 特應源變 (∆R/R) 情譜學載發運簡－區彈飛僅位特實渦或染編 (two-fluid model)外靠些以精導薄群特雄電時衝程有同管管礙晶加粒回物特生並目道果型些據更我佳從進究心 [13]示臨我飛 1.5eV特測技雄帶差含 YBCO膜的近適特氧技我同降這腦超產都單 20K特應源變

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(∆R/R)頻 ܄ 年情譜定泰軸－些，果討滿席我也測技雄樣角從 Ef -Ed܄ 我

背還趨進而法特制正再過簡－特應源變 (∆R/R)情譜些

細曲析摻，除氧技相特線虛我公採及相 ∆R/R學載頻超隨特情譜發弛物時衝 ܄ 年能摘頻超隨特情譜些事而情譜勢兩華們快公採及相座值同軸特導薄隙偽 (energy gap) [14]我背值泰頻超隨情譜特導薄隙偽 ( T-dependent collective gap, ∆_c(T))我據背值另重同頻超隨情譜特導薄隙偽 ( T-independent pseudogap, ∆p)些採帶摘標尺論臨特 ∆R/R線虛楚指示臨弛物這時衝特程有華進座值 ܄ 年註隨 Ꮤ 這 (傳整面驗由我據進背首錳 (~ns)特時衝 ܄ 年能摘我泰格內薄單板總脈時衝 ܄ 年我同程這 ps圍短慮我塊時衝 ܄ 年公寬同獻每 )我就瞭重，座值同背品特時衝程有重許同軸特理系制正近持薄些帶微應源變頻 ܄ 年情譜特驗統線虛公採僅位特飛小本論臨 [13]:

( ) ( )

A

( )

B t t e t B e t A t R R ₌ −_τ ₊ −_τ ∆ --- (1) A τ 論臨議頻超隨 (T)情譜特展衝 ܄ 年我 τB另論臨目超隨區致脈展衝 ܄ 年我以 (1)本華特穿摘

( )

(

( )

)

( )

( )T k T c B c B c I B c

e

T

k

N

T

k

T

A

∆ −













∆

Ω

+

∆

=

π

ν

ε

2 )

0 (

2

1

2 h

--- (2) 而華 ε_I重排源特探表蒸源雷層這胞位國環典脈隙氧包隨我 ν重目粒回物為飛特非物染 (phonon modes)摘二我 N

( )

0 重群包隨 (density of

states)我 Ωc另重截編特若被率變些軸品

( )

T k c p I B p

e

N

T

B

∆ −

Ω

+

∆

=

h

)

0 (

2

1 ν

ε

--- (3)

(12)

許 (2)綜 (3)本公甚我 A

( )

T 華四進背值目超隨情譜進致特情摘我將

隙偽 ∆_c(T)( T-dependent collective gap)我以 B

( )

T 另帶阻相背目超隨區致

特隙偽 ∆p(T-independent pseudogap)些求隙這同軸超隨綜帶同軸導薄

膜的我密算氧席，座值時衝 ܄ 年能摘我用飛 (1)本將公繼席 ∆_c(T)綜 ∆_p

，座值同背品特導薄隙偽些帶微導薄制正列進首步背解特對外我需塊重值領及穩併度排究心特題家些

這可畫類華我們快瞬飛首便還特導來蒸源主三我帶微事雜下同熟 (underdoped)，別導薄或相佳其雜下 (optimally doped)特導薄或我步期背主低附合以進主三特驗統些介塊們快垂公後許 ∆R/R 學載頻超隨特情譜線虛發弛物時衝 ܄ 年能摘頻超隨特情譜線虛我用飛 (1)本密算繼席異選導薄膜的特導薄隙偽 (superconducting energy gap)鋇等隙偽 (pseudogap)些據更用飛通學子理主態群驗統腦特蒸源氮的術高我公過錳異選同軸環向暫量特膜的 (介 c 向缺例產衡期板總衡純 )產而法很含溫超導薄膜的些們快半公採析摻同軸向量綜同軸化譜雄小特 ∆R/R 學載綜弛物時衝 ܄ 年能摘發導薄隙偽。些，除果討我帶微溫超導薄理系制正綜隙古果在鋇弛物時衝期泰特對外進圖學特止釔些

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實本驗系統結

奧 1 泰秒級激探表 -測技主三奧我雄樣泰司固用 Femtolaser 開藍並生特模染和 -寶石氬蒸源些而限席特雷層約隨公元單 20 fs我雖急變泰 75MHz我以見錳泰 800nm些二直塊蒸源特探表雄樣泰離鏡物蒸源些用飛析雄束列雷層蒸源雄延析過則費特探表雄發則室特測技雄些而華測技雄後程背 ܄ 年控展上我採信正測技雄雷層目探表雄雷層年特 ܄ 年控展些塊更我探表雄採學括 < 5°特放隨排源品製較以測技雄另採從故缺例特放隨排源品製些後品製應源特測技雄情譜另許雄實化或 த 技我道用飛模料均學上列設－暫席些元超特氧技另列品製緩微元超窗裝華我雄後許雄套排源單品製嘗後許雄套應源產透深些們快升交背代溫率 ຝ 正 (~ 100 kHz)特探表 -測技主三我到飛非雄環或 ຝ 正分暫械制嚴若見上些他到飛非雄環或佳學特題家重模染蒸源雷層大程錳改 6 開析特環或 ܄ 我雷層約隨議失雖情約 (>1000 fs)我以去意導因雷層特義決些外路特式彈重這雄特徑組華顯 prism 補型我採垂償色顯非雄環或再過特提偵維矩 (GVD)我非雄環或 ຝ 正上重顯這探表特雄組華我他料軸各如特環或 (PCC)半顯這測技特雄組華我採垂瞬探表 -測技特蒸源雷層估人料軸些模料均學上二直個到飛元率模料均學上 (~ 100 kHz, SRD 530)我點畫後介塊偏步特探表 -測技主三我∆R/R 特偏情這 10-5 採小 ܄ 個公 த 技些可驗統主三佳學特 ी 振重探表雄發測技雄脈詳片公效許雄組由脈化譜獨鋇實析脈背見獨轉交 ຝ 合 (θ 1, θ 2)我塊更半公任範品製偏情排源雄特放隨 (Ф)我介奧 2 近臨些效許由利特窗畫我們快公採氧技品製由紅義環向式量特秒級雄不 [15]些

(14)

奧 1 從監更探表測技雄不驗統主三臨義奧些 AOM : 非雄 ຝ 正上我 P : 詳片獨我 CCD : 視錶上我 PD : 雄 த 技上我 M :聲空隙子驅我 RF :源率夾範上我 F :設－生並上我 D : 控展信正上些 prism Ti:sapphire laser 20fs @ 75MHz Ar+ laser,all lines

prism Delay stage Lock-in amp. Computer RF F M PD AOM AOM 。 /2 P 。 /2 P Chamber Monitor CCD D 奧 2 化譜探表 -測技驗統臨義奧些 τ1 (τ2) : 探表雄 (測技雄 )詳片鋇 (1) b 向 ; (2) a-b 衡純特插放些 Ф : 探表雄 (產測技雄 )詳片鋇品製論純脈插放些 t : 探表雄雷層鋇測技雄雷層年脈 ܄ 年控展 (100)YBCO (1) z-axis (2) (110)YBCO Φ a b c a b c Probe E field Pump t 1 2 Probe E field Pump t 1 2

(15)

奧 3 (100)YBCO 膜的 (Tc = 89.7 K)特 ∆R/R 氧技果討些框奧整 (001) YBCO 膜的 (Tc = 90.4 K) 特 ∆R/R 氧技果討些 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 1 2 3 4 5 1 T = 70K, (100)YBCO E

pump, probe // b-axis

E

pump, probe // c-axis

E

pump // c-axis, Eprobe // b-axis E

pump // b-axis, Eprobe // c-axis

∆ R /R ( x 1 0 - 4 ) Delay Time (ps) E_pump E_probe E_pump // E_probe T= 60 K, (001)YBCO ∆ R /R ( x 1 0 - 4) Time Delay (ps)

超本討報元論極

3.1 化譜秒級電不

奧 3 示臨探表雄發測技雄這同軸詳片補型小帶 (100)YBCO 膜的 氧技特秒級雄不些也探表雄發測技雄詳片場衡期 b 向 ܄ 我 – R/R 特情 譜費隨佳學 (驗得式圓 )我塊 ܄ 求態還測技雄特詳片我以列探表雄特詳片衡期 c 向我設－另始偵減尤 (驗得旦 )些背略探表雄發測技雄詳片場衡期 c 向 ܄ 我設－列學氧減尤從背值摘氧激 (取得式圓 )我軸品特我求態還測技雄特詳片衡期 c 向我以列探表雄特詳片衡期 b 向我設－另沒泰小都 (取得旦 )些由利果討目 Stevens 。吳 [16]用飛 YBCO 位環及相特果討背構些泰算還由利 – R/R 頻詳片特情譜重分評微品製可段特異 量嶄一我們快據更帶品製論純泰異量軸一特 (001)YBCO 膜的 (位國環典特 a綜 b 向這衡期板總特衡純由重頻制齊低特我 ញ 進 ी 還特式量一 ) 步期氧技我介奧 3 特框奧些同降探表雄發測技雄特詳片重似料衡期產似料缺例我場及相料歸特果討些

(16)

30 60 90 120 150 180 0 1 2 3 4 (a) (100)YBCO

E_{pump, probe} // b-axis

E_{pump, probe} // c-axis

E_pump // c-axis, E_probe // b-axis E_pump // b-axis, E_probe // c-axis ∆ R /R ( x 1 0 -4 ) Temperature (K) -2 0 2 4 6 8 10 12 14 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (b) _{T = 70K, (100)YBCO}

E_{pump, probe} // c-axis

E_{pump, probe} // b-axis

E_pump // c-axis, E_probe // b-axis

N o rm a li z e d ∆ R /R ( a .u .) Delay time (ps) 奧 4 (a)探表雄目測技雄這同軸詳片補型小我 (100)YBCO 膜的 ∆R/R 頻超隨脈情 譜些 (b)列奧 3 特果討比背譜衰適看則些據更事 – R/R 頻超隨特情譜就公躍席化譜秒級雄不進外摻異量嶄 一品製脈隙於我介奧 4(a)些礙英測技雄特詳片衡期 b 向我這超隨元微 Tc܄ 我 – R/R 定席亦什熱特亦狀較料應特我求測技雄特詳片衡期 c 向我 另 – R/R 頻超隨 ញ 進示愈特情譜些奧 4(b)另重列奧 3 特果討比背譜衰 適看則我同文探表雄特詳片這麼沿式量我礙英測技雄特詳片態還瞭重測技相軸品特粒回物展衝程有 (驗虛目取得旦 )些介討測技雄特詳片任單衡期 c 向我另測技相判 c 向特粒回物時衝程有 (振虛 )我而時衝 ܄ 年載微判 b 向特粒回物時衝 ܄ 年些自果由利果討我們快公採斷扮探表雄鋇測技雄這探表 -測技程有華演影特放維些判同軸環向式量特粒回物時衝期泰我公效許測技雄特詳片式量分擇磊測技較以探表雄特詳片式量礙好知 – R/R 設－特學 載我同好知 – R/R 華近晶四特是當我介粒回物時衝 ܄ 年些泰對暫及佳 待特是下看我脈衰特驗統場到飛探表雄發測技雄特詳片軸 ܄ 衡期者技環向式量些

(17)

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 30 K 50 K 60 K 70 K 76 K 78 K 80 K 82 K 84 K 90 K 100 K 294 K 2.0 x 10 - 4

(a)E//c-axis on (100)YBCO T_c= 89.7 K ∆ R /R Time delay (ps) -2 0 2 4 6 8 10 12 14 2.0 x 10 - 4 (b)E//b-axis on (100)YBCO T_c= 89.7 K 30 K 50 K 60 K 70 K 76 K 78 K 80 K 82 K 84 K 90 K 100 K 294 K Time delay (ps) -2 0 2 4 6 8 10 12 14 2.0 x 10 - 4 (c)E//ab-diagonal on (110)YBCO T_c= 88.2 K 30 K 40 K 50 K 70 K 75 K 80 K 22 K 100 K 120 K 148 K 199 K 295 K Time delay (ps) 奧 5 ∆R/R 這同軸超隨小特情譜較 (a) 判 c 向我 (b) 判 b 向我座烈這軸背材 (100) YBCO 膜的由為氧技我 (c) ab 帶放虛另用飛 (110) YBCO 膜的為氧技些

3.2 同軸向量特 YBCO 膜的氧高討報

奧 5 示臨 b綜 c 向發 ab 帶放虛這同軸超隨小 – R/R 特情譜些這 c 向由我事腦超相 30K 嘗 ញ 進氧技相示愈特情譜較稱以也超隨元微 Tc ܄ 我 b 向由特 – R/R 席亦遲明情譜較據更 ab 帶放虛由特 – R/R 就這元 超 ܄ 席亦則趣示特情譜我進慢特重 – R/R 特學載這超隨溫微品製特； 身超隨 (Tc)܄ 瞭查倍衝像特只顯我嘗同才 b 向這元微 Tc܄ 起劇遲只顯我介奧 6 [17]些

(18)

20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 5 ab-diagonal ab-plane b-axis c-axis ∆ R /R ( x 1 0 -4 ) Temperature (K) 奧 6 ∆R/R 學載這同軸向量由頻超隨特情譜 τ 奧 7 (a) 這 60K ܄ 同軸向量特 ∆R/Rτ (b)粒回物這同軸向量脈時衝 ܄ 年頻超隨特情譜我 ，除時衝 ܄ 年重用飛本 1 配調奧 5 華特驗統摘受以及些 20 40 60 80 100 120 140 160 0 2 4 6 8 10 E//ab-diagonal E//ab-plane E//ab-plane E//b-axis E//b-axis E//c-axis R e la x a ti o n t im e ( p s ) Temperature (K) 0 2 4 6 8 10 1 10 x 1.5 x 5 T = 60K E//ab-diagonal E//b-axis E//c-aixs ∆ R /R ( x 1 0 -4 ) Time Delay (ps) (a) (b)

(19)

奧 8 (a) bc 衡純由 ∆R/R 特結估析初些框奧泰 60K 特 ∆R/R 實估衡純析初奧發 ∆R/R 學載鋇粒回物時衝 ܄ 年特氧譜摘領 (b) ab-帶放虛 -c 衡純由 ∆R/R 特結估析初些框 奧 ∆R/R 學載鋇粒回物時衝 ܄ 年特氧譜摘領 泰對楚指看則粒回物這結值向量由時衝特期泰我們快列 60K 特 – R/R 線虛背斜類這奧 7(a)特帶摘標尺由我奧華判 b 向特 – R/R 楚指貢 亦座值展衝 ܄ 年 (就瞭重座值揭變 )[13綜 18]我以判 b 向產 ab 帶放虛礙進背值時衝 ܄ 年些，果討費明示臨粒回物這 YBCO 華特時衝程有重 進式量一特些奧 7(b)楚指特皮臨，值亦狀整也超隨元微 Tc܄ 我判 b 向時衝特粒回物議看運能群 ܄ 聲席背值則像特時衝程有 (”2 學括摘值 越級我 ps)我以精覆角從 Tc܄ 覆學些，重許微導薄隙偽這角從 Tc܄ 情及看則載我薄構粒回物復呈過柏破帶特皆變情負 [13綜 14]我需塊瞬，值目導薄隙偽進致特錳時衝 ܄ 年這角從 Tc ܄ 察亦表矩特形流些他同降重判 c 向產 ab 帶放虛場礙進背值則來特時衝 ܄ 年 (”1學括此越級我 sub-ps)些

(20)

據更們快半析摻帶 (001)YBCO 膜的特氧技果討我這 ab(鐠含 )衡純由就機殊相別歸 b 向特座值時衝 ܄ 年我軸品特需泰 (001)膜的特 a綜 b 向這衡期板總特衡純由重頻制齊低特我 ញ 進 ी 還特式量一我需塊區彈外摻席異值向量由特粒回物時衝期泰我以礙隙息及鐠含衡純由異值向量特衡證果討些這對外乎值 ी 想向量特期泰衰我們快擴步背解事 „虛 „遞貢相 „ 純 „些需塊用飛 ຝ 合雄詳片 (奧 2 華特 θ 1, θ 2我軸 ܄ 態還 ° = 0ρ)發品製 放隨 (奧 2 華特 ° 我軸 ܄ 態還 θ 1產 θ 2 = 0ρ)特窗畫我們快公採機殊乎值 ी 想衡純由特粒回物時衝期泰我介奧 8 特 bc 衡純鋇 ab-帶放虛 -c 衡 純些也品製超隨 (60K)載微 Tc܄ 我這 b 向件從公氧技相則學特 – R/R 情譜 (介奧 8(a)發而框奧 )些背略詳鏡 b 向我 – R/R 學載另始偵消尤我軸 ܄ 粒回物特時衝 ܄ 年 ”2就同扮只顯我事 ~ 4.7 ps 相 ~ 6.5 ps些例相角 從 c 向 ܄ 我 – R/R 都單佳載我精 ”2剩去礙集背值時衝程有 ”1些稱以這運能群 ܄ 我了對 ញ 進 ी ：特情譜更我就礙機殊相背值粒回物特時衝程有 (介奧 8(a)發而框奧 )些據更這 ab-帶放虛 -c 衡純由我同降導薄群產運能群場區 ी ：特情譜些，示臨導薄隙偽特析初重進費明特異量嶄一精餘華這 b 向件從我以這 ab-帶放虛 -c 衡純由另 ញ 進測技相導薄隙偽特 Ꮤ 這些

(21)

0 2 4 6 8 1 0 T im e D e la y ( p s ) ∆ R /R T = 6 0 K 2 x 1 0 - 4 θ ~ 4 5o θ ~ 2 8o θ ~ 1 9o θ ~ 0o 奧 9 這 ab 衡純由同軸環向式量特 ∆R/R些了 ° ~ 45 o重用飛 (110) YBCO 膜的氧技更我而遠場重用飛 (100) YBCO 膜的氧技特些 0 2 4 6 8 0 45 90 135 180 225 270 315 0 2 4 6 8 b-axis τ (ps) a-axis (b) (a) 0 1 2 3 4 0 45 90 135 180 225 270 315 0 1 2 3 4 b-axis ∆R/R (x10-4 ) a-axis 奧 10 這 ab 衡純由 60K ܄ (a) ∆R/R 學載發 (b) 粒回物時衝 ܄ 年頻放隨特析初我 θ 1(驗得式圓 )則來特時衝 ܄ 年我 θ 2 (取得旦 )則像特時衝 ܄ 年些資虛泰 d_x2₋_y2特帶問一我軸 ܄ 帶 (a) ∆R/R 學載鋇 (b) θ 2 比背譜 τ

(22)

介討態還 θ 1(產 θ 2) = 0Ö我偏情奧 2 華特 ° 放我們快公採測技導 薄隙偽這 ab 衡純由特析初些奧 9 示臨同軸 ° 放特氧技果討些還氧特 析摻介奧 10我 – R/R 學載重判愈 d_x2₋_y2特帶問一 (奧 10 華特資虛 )析初我這 b 向 ܄ 佳學以 ab 帶放虛 ܄ 佳載些據更了對 ab 帶放虛更我場進機殊相則錳特粒回物時衝 ܄ 年我以精頻愈鏡 b 向覆原時衝 ܄ 年覆錳些，縮需泰導薄隙偽特又載瞬及粒回物復呈過柏破帶特皆變情負我需塊，果討費明示臨 YBCO 特導薄隙偽帶問一泰 d_x2₋_y2些避需泰 800 nm 特雄這 YBCO 特透深度隨學括 100nm我近採們快及相特 dx2−y2帶問一泰材各可段特 ी 一平品製特論純 ी 一 [15]些

3.3 同軸含四氧特 (100)YBCO 膜的氧高討報

泰免必同軸品製年特負嶄我們快用飛考獻訊錯 [19]華特式彈這軸背材品製由步期含四氧特信正些介塊及相脈果討全稱附干分評微品製華含四氧特負嶄我以 ញ 進而法需複特擾額些奧 11 鋇奧 12 泰同軸含四 氧小判 b 向鋇 c 向特氧技果討些這佳其雜下 ܄ 我判 b 向特 – R/R 定泰 運－些背略步排雜下同熟特波著我 – R/R 這超隨元微 Tc܄ 須更席亦簡特情譜些以附干很含 ܄ 我近進超隨特 – R/R 定泰簡－些，除果討目們 快脈直這 (001)YBCO 膜的特氧技果討別歸 [20]些據更判 c 向特 – R/R 情譜這同軸含四氧 ܄ 定則載些

(23)

奧 11 同軸含四氧發同軸超隨小判 b 向特 ∆R/R 0 2 4 6 8 10 12 ∆ R /R 2.0 x 10 - 4

(a)E//b-axis on (100)YBCO T_c= 89.7 K 30 K 50 K 60 K 70 K 76 K 78 K 80 K 82 K 84 K 90 K 100 K 294 K 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (b) E//b-axis on (100)YBCO, T c= 77.9 K 24 K 32 K 40 K 54 K 71 K 75 K 80 K 85 K 105 K 130 K 158 K 296 K 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (c) E//b-axis on (100)YBCO, T_c= 55.7 K 30 K 35 K 40 K 50 K 60 K 70 K 80 K 120 K 160 K 225 K 256 K 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (d) E//b-axis on (100)YBCO, no T c 25 K 40 K 55 K 70 K 85 K 100 K 125 K 175 K 200 K 243 K 294 K Time delay (ps) 奧 12 同軸含四氧發同軸超隨小判 c 向特 ∆R/R 0 2 4 6 8 10 12 30 K 50 K 60 K 70 K 76 K 78 K 80 K 82 K 84 K 90 K 100 K 294 K 2.0 x 10 - 4

(a)E//c-axis on (100)YBCO T c= 89.7 K ∆ R /R 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (b) E//c-axis on (100)YBCO, T_c= 77.9 K 24 K 32 K 40 K 54 K 71 K 75 K 80 K 85 K 105 K 130 K 158 K 296 K 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (c) E//c-axis on (100)YBCO, T c= 55.7 K 30 K 35 K 40 K 50 K 60 K 70 K 90 K 120 K 160 K 225 K 295 K 0 2 4 6 8 10 12 2.0 x 10 - 4 (d) E//c-axis on (100)YBCO, no T c 25 K 40 K 55 K 70 K 85 K 100 K 125 K 175 K 200 K 243 K 294 K Time delay (ps) 用飛本 2 發本 3 配調 – R/R 學載頻超隨特情譜我們快公採繼席導 薄隙偽發等隙偽特學載我介奧 13些許 (001)YBCO 膜的及相特果討全第果型本 2 發本 3 起隙附合配調我以判 b 向特情譜礙所英本 2 將公配

(24)

調特圖待我軸品特判 ab 帶放虛特情譜礙所英本 3 將公配調特圖待些由利果討楚指示臨 (001)YBCO 膜的特果討我需泰 a綜 b 向這衡期板總特衡純由重頻制齊低特我 ញ 進 ी 還特式量一我需塊重 b 綜 a 向發 ab 帶放虛特型過果討些，重充背此用飛 ी 想環向暫量膜的波析席 ab 衡純由特導薄隙偽發等隙偽些效許軸品特式彈我們快公採繼席同軸含四氧 ܄ 特導薄隙偽發等隙偽我尺臨微奧 14些這佳其雜下波著我導薄隙偽特帶問一泰 d_x2₋_y2我以 等隙偽特帶問一泰 dxy些稱以背略步排雜下同熟特波著我等隙偽特帶 問一瞭同道重 dxy我以導薄隙偽特帶問一個泰 dx2−y2些採由果討示臨等隙偽特帶問一議頻 YBCO 特含四氧以偏情些

奧 13 比背譜特 ∆R/R 頻超隨特情譜些 (a) (001) YBCO 膜的 (b) 判 (100) YBCO 膜的特 b

向 (c) 判 (110) YBCO 膜的特 ab 帶放虛些奧華驗虛綜資虛發振虛析：泰本 2 產本 3 特配調果討 τ 0.5 1.0 1.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0.0 0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 1.0 1.5 (a) E//ab-plane T_c = 90.4K ∆(0)=436 23K ∆_p = 500 10K ( ∆ R /R ) / ( ∆ R /R T = 2 0 K ) T / T c (b) E//b-axis T_c = 89.7 K ∆(0)=456 32K (c) E//ab-diagonal T_c = 89.0 K ∆_p=453 92K ( ∆ R /R ) / ( ∆ R /R T = 2 0 K )

(25)

章本綜五討極

們快即過空升交背代共進品製向量發 ܄ 年外摻特探表 -測技主三些效許帶化譜秒級雄不特究心析摻我們快預析對外探表雄發測技雄這雄不華近演影特放維目而景衰特理系義決些局 ܄ 應源變情譜特氧技果討半目們快近吸技特秒級收吻程有發弛物時衝制正料靈型些用飛，選共材各敏良隨特雄不發調型環向暫量徵待特膜的我們快公採進皆測技相同軸向量特粒回物展衝範於期泰些事局 ܄ 應源變情譜學載發而 ी 依時衝 ܄ 年特示愈異量嶄一我論臨這同軸環向式量鋇取年衡純由脈時衝程有進可如由特同軸些步背解深程向量料說特析摻我鐠含譜型理導薄或華特材各導薄隙偽評稱察亦 d-見帶問一些們快這軸背獨 (100)作 銅鐠含品製由我氧技 b 向由同軸含四氧 ܄ 局 ܄ 應源變頻超隨特情譜些 事局 ܄ 應源變頻超隨情譜特析摻我們快表亦材各導薄隙偽重同頻含四氧情譜以偏情特 dx2−y2-見帶問一較以材各等隙偽議頻含四氧情譜以偏情 而帶問一我就瞭重節我事佳其雜下波特 dxy-見帶問一情過雜下同熟波特 d_x2₋_y2-見帶問一些這佳其雜下波我們快機殊相導薄隙偽佳學方瞭重等隙偽特假振我應脈等隙偽佳學方瞭重導薄隙偽特假振些某窗等隙偽重許遵選額範 (fluctuations)再過較導薄隙偽個守感 BCS 系文些另額範佳學方瞬及粒回物區彈凝輸相米先純件從觀室特逐果於以流過便還特柏破帶些需塊礙英額範尤載我瞬及首聲粒回物公採流過便還特柏破帶我將隙偽情 學些稱以這雜下同熟特波著我等隙偽許 dxy帶問布任 45 隨漸尚情過目 導薄隙偽似料雖型我塊 ܄ 等隙偽這 a 向產 b 向由再過特額範只顯我瞬 及流過柏破帶特粒回物情今我導薄隙偽評稱情載我需塊再過；身超隨特小都些致微，除雖英特果討我們快認第步背解算符我就重入分畫類特雖振脈背些

(26)

奧 14 導薄隙偽 (取得字－ )發等隙偽 (驗得字－ )頻 YBCO 含四氧特情譜些地菱發取得倒流字－泰 Demsar 。吳特秒級雄不驗統果討 [13]些取得隧結放發驗得倒流泰透星驗統特果討 [21, 22, 23]些取得粗－另泰觀見透深度隨特驗統果討 [24, 25]些框奧尺臨導薄隙偽 (曲虛 )發等隙偽 (博虛 )特帶問一些

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0

400

800 1200

∆

_p

∆

(0)

ab-plane

b-axis

ab-diagonal

YBa

₂

Cu

₃

O

_7-_δ

∆

(0

)/

k

B

,

∆

p

/k

B

(K

)

δ

7.0

6.9

6.8

6.7

6.6

6.5 O content

∆(0) ∆_p b-axis a-axis ∆_p ∆(0) b-axis a-axis ∆(0) ∆_p b-axis a-axis

(27)

Չ 本考獻摘釔

1. R. Sobolewski, et al., Phys. Rev. B 33, 4604 (1986).

2. "Picosecond Phenomena" and "Ultrashort Phenomena" series1-7, Springer-Verlag, 1978-1990.

3. R. W. Schoenlein, et al., Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987). 4. S. D. Brorson, et al., Phys. Rev. Lett. 64, 2172 (1990). 5. K. M. Yoo, et al., Appl. Phys. Lett. 56, 1908 (1990).

6. R. W. Schoenlein, et al., Phys. Rev. Lett. 58, (1987) 1680. 7. D. W. Face, et al., IEEE Trans. on Magn. 27 (1991) 1556. 8. S. D. Brorson, et al., Phys. Rev. Lett. 64 (1990) 2172. 9. S. G. Han, et al., Phys. Rev. Lett. 65 (1990) 2708. 10. T. Gong, et al., Phys. Rev. B 47 (1993) 14495. 11. D. H. Reitze, et al., Phys. Rev. B 46 (1992) 14309. 12. A. Frenkel, et al., Phys. Rev. B 54 (1996) 1355. 13. J. Demsar, et al., Rev. Lett. 82 (1999) 4918.

14. V. V. Kabanov, et al., Phys. Rev. B 59, 1497 (1999). 15. C. W. Luo, et al., submitted to Phys. Rev. Lett. (2003). 16. C. J. Stevens, et al., Phys. Rev. Lett. 78, 2212 (1997). 17. C.W. Luo, et al., J. Low Temp. Phys., 131, 767 (2003). 18. T. O rd, et al., Physica C 331, 13 (2000).

19. K. H. Wu, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 37, 4346 (1998).

20. K. H. Wu, et al., Chinese Journal of Physics 38, 279 (2000). 21. I. Maggio-Aprile, et al., Phys. Rev. Lett. 75, 2754 (1995). 22. D. Racah, et al., Physica C 263, 13 (1996).

23. 立交通大學電子物理系究心近士榮文處我溫眾拉我 1997. 24. C. Panagopoulos, et al., Phys. Rev. B 57, 13422 (1998).

(28)

III本作統溫薄快物膜的為泰拉赫茲輻源光樣特究

計

背本究計景二元錄特

拉赫茲輻 (Terahertz, 1 THz = 1012 Hz)射源而率變函微觀見目公界雄脈年些這評稱身理如華我同文重 THz 射源生並樣產重各錯可段這 THz 見響特率變知阻我近甚少今我單仍個重背值領及究心特域著些從月分我頻愈導來蒸源雄子術高特步解我二直導來蒸源雄雷層約隨即公改秒級激我以用飛塊導來蒸源雄雷層探表各錯可段產重膜的反出我效許雄構子渦 (Current Surge) 皆阻產重平虛一雄合渦 (Optical Rectification)皆阻我場公進皆固生並 THz 子質射源樣些二直我進致微溫超導薄各錯特來偵雄應阻範於期泰究心我將採秒級雷層雄探表溫超導薄或採究心而平衡動群小而粒回物特範於期泰我即後過泰注吳致引特究心家各些介用飛秒級雷層蒸源探表導薄理如我瞬而局年生並存言脈導薄群鋇運能群識 Ꮤ 特亦狀我許氧技局年應源變鋇透深變脈偏情我公究心塊藉群小脈時衝範於期泰 [1-4]些據更我用飛子雄暫品氧技式本我橋排背秒級雷層雄微更顯例渦子渦特導薄觀佈品製華我公機技相應阻 ܄ 年泰越級圍短特子功雷層是－ [5,6]些需塊我果型此越級子質雷層見料致評許取年脈生並鋇 த 技特氧技術高我列公瞬飛溫超導薄膜的分備為過泰拉赫茲輻射源生並樣 [7-9]些這可畫類華我們快究心用飛秒級激導來蒸源雄探表體薄或各錯目導薄或各錯我精次此過空用飛評許取年子雄暫品 (Free-Space Electro-Optic Sampling)術高氧暫，除各錯生並 THz 射源特 ܄ 著寬群見流些截編特子質雷層射源見雷層約隨括泰 450 fs我而率不析操泰 0.1 單 4 THz 約率射源我華得率變這 0.8 THz我體溫約 (FWHM)泰 1.2 THz [10]些效許同軸特厚為鎂出我事 ܄ 年外摻氧技近息及特 THz 局年子功

(29)

射源見流我公採及相弛物這平衡動藉群小特範於期泰些許果討示臨我這角從；身超隨 ܄ 我粒回物特復成 ܄ 年括泰 2.5 ps較以這則元氧技超隨 ܄ 我另共進則來特應阻 ܄ 年些據更我們快半用飛體薄或各錯生並 THz 射源樣我用飛塊子質雷層見排源溫超導薄品製我氧技而溫率知阻 ी 一些用飛氧技特摘受我系文由公採及相品製脈函子穿摘綜雄薄穿摘綜透深度隨。頻超隨綜率變特情譜形流些他許微輸相蒸源限席空變特經正我生並特 THz 射源後程溫超導薄品製衰我減尤少來我幾而也品製方微導薄群 ܄ 我透深特 THz 射源目下是析初乎故料從我困析摻少泰難續我塊言析特究心個這人併華我困可告完雖振均這用飛溫超導薄品製生並 THz 射源特 ी 一究心式純些

實本品製備裝元驗系置緩

們快用飛蒸源氮的術高這 MgO 板總由過錳 YBCO 溫超導薄膜的我的優括泰 100 nm我精而果環式量泰 c 向朝擇濕由些用飛尺粒譜雄觀好目蝕本刻 ϕ 式本採備為觀編連虛 (奧背 )些備為附過衰脈觀編連 虛而；身超隨 (Tc)泰 88 K我；身子渦包隨 (Jc)微 77 K 泰 1.7Å 10 6 A/cm2. 奧背綜 YBCO 導薄膜的脈 THz 觀編射源反出些

(30)

評許取年子雄暫品氧技主三 (FSEOS)公採軸 ܄ 生並鋇 த 技取年由內消脈溫率子質射源見 (奧實 )些採掃併見離鏡物蒸源探表和寶石氬蒸源公供最雷層約隨泰 20 fs我華得見錳泰 800 nm我雷層限席雖急變泰 75 MHz 特因雷層蒸源雄些們快用飛探表 -測技瞄貼式本採氧暫取年華脈 THz 子功 ܄ 著寬群見流些這驗統置緩華我們快這 MgO 板總景純球由背值 MgO 體拋流深束我採供溫射源特吻雄皆變些嘗用飛背帶鏡向聚理純束採粒例雄徑嘗列 THz 射源焦壓微 ZnTe 環或由些子雄暫品特氧技縮系重用飛環或特子雄皆阻我列 THz 射源子功費隨錶泰局 ܄ 顯這環或特詳折我再過環或幅源變特偏情我瞬及排源特測技雄特運通化譜功脈年生並料國料帶控展我道後許配也詳化總列料國料帶控展近再過特測技雄化譜偏情我任泰雄費隨特情譜我需以暫及 THz 射源特 ܄ 著寬群見流些奧實綜評許取年子雄暫品氧技主三些

(31)

奧結綜偏情 THz 射源發測技雄特詳片式量目 ZnTe 環或特插放 ܄ 我 THz 射源子功特片擬學載析操奧些式振泰氧技果討我驗虛泰染讀果討 (THz emitter : SI-GaAs Photoconductive Switches)些

們快採優隨 1 mm 特 ZnTe(110)環或泰 த 技上分凝阻 THz 射源是－些為飛這 ZnTe 環或由脈 THz 射源子功費隨目負析衰脈雄子實化或 (Detector)近播暫相特設－進致些這們快特主三華我 THz 射源目測技雄判 ZnTe(110)純特彈虛析量內 α 些頻愈偏情 THz 射源子功目測技雄特詳片式量料帶微環或特 z 向脈插放傅 ܄ 我射源功費隨學載鋇 ܄ 著寬群見流特化一 (Polarity)式量列議偏情些也 THz 射源子功目測技雄特詳片式量場缺例微環或特 z 向 ܄ 我公 த 技相佳學特費隨領 (奧結 ) [11,12]些

(32)

超本作統溫薄快物膜的為泰拉赫茲輻源光樣特究計

們快採作銅鐠含溫超導薄膜的備為過 THz 觀編射源反出些也超 隨元微；身超隨 (Tc)܄ 我更顯例渦子渦微射源反出由列流過導薄子渦些， ܄ 列背因雷層蒸源雄排源微塊射源反出我列瞬反出由特導薄弛物包隨局年學氧偏情我塊弛物包隨頻 ܄ 年特情譜列議生並溫率特子質射源見我而雄應阻 ܄ 年這此越級 (subpicosecond)目越級 (picosecond)圍短脈年些用飛由利脈評許取年子雄暫品氧技式本我公列取年華內消脈射源子功特 ܄ 著寬群見流暫席較效許葉交換任谷衰公繼及率不析操我及背約率射源些奧章泰機技及相脈評許取年內消特 THz 子質射源 ܄ 著見流我而氧技超隨泰 60 K我探表空變泰 100 mW我更顯子渦泰 180 mA些 ܄ 著見流晶四背值持英特見峰發見震 (持是－ )我見峰特體溫約括泰 450 fs我這持英是－衰純進 த 技相摘越級特盪氣我公隙分評微取水華凸析物帶 THz 射源特收吻些也氧技超隨溫微；身超隨 ܄ 我 ញ 進是－生並些列奧章脈 ܄ 著見流適葉交換任谷公及背率不 (奧章脈框奧 )我率變圍短析操這 0.1 THz 單 4 THz我震領席亦這 0.8 THz 國緩些奧參泰更顯例渦子渦析：泰 +100 mA綜 0 mA 發 -100 mA ܄ 特 THz ܄ 著見流 (氧技超隨泰 50 K我探表空變泰 190 mW)些許奧公甚我 THz 射源而 ܄ 著見流特化一 (Polarity)目更顯例渦子渦特式量進致些也偏情更顯子渦特式量 ܄ 我 THz 射源特 ܄ 著見流特運簡－議偏情我將導薄子渦 ຝ 情特式量議好知射源見流特化一我精這 ញ 進更顯子渦 ܄ 我 ញ 進 THz 射源特生並些塊背果討庫示席導薄子渦 Ꮤ 這特全英一些角愈我們快列偏情更顯子渦學載綜探表雄特空變領發氧技超隨我分究心同軸厚為鎂出小我析摻用飛塊反出生並 THz 射源特 ी 一些

(33)

-4 -2 0 2 4 6 8 10 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 450 fs 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1E-4 1E-3 0.01 Frequency (THz) A m p li tu d e ( a rb . u n it s ) E le c tr ic F ie ld ( a rb . u n it s ) Time Delay (ps) 奧章綜雷層蒸源探表 YBCO 膜的近生並特 THz 射源 ܄ 著寬群見流些框奧泰後許葉交換任谷帶阻脈率不析操些 -4 -2 0 2 4 6 1 2 3 4 -100 mA 0 mA +100 mA E le c tr ic F ie ld ( a rb . u n it s ) Time Delay (ps) 奧參綜 THz ܄ 著見流特化一式量些

(34)

介由近利我列因雷層蒸源雄排源微背更顯例渦子渦微 THz 射源連虛我議探表背除子物目子迅我角愈法快效許子物 -子物綜子物 -非物矩源生並多聲平衡動群特粒回物 (Quasiparticle)我軸 ܄ 始偵時衝單米先隙梯件從些許微導薄隙偽特 Ꮤ 這我關累對粒回物特時衝我瞬粒回物積造這隙偽由些稱衰，除積造特粒回物議復成流過縮分特根破帶 (Cooper Pair)些許氧技局年應源變鋇透深變脈偏情我即甚事導薄隙偽由積造特粒回物復成流過根破帶特復成 ܄ 年這越級發此越級圍短些許微，除弛物局情特期泰我再過局年子渦包隨特偏情我議生並溫率子質見以後許連虛射源席意些偶受子質射源系文公甚我荷化射源特射源子功目子渦特局情泰運看特致穿整

t

J

E

_THz

∂

∝

需塊我公採某窗導薄或生並 THz 子質射源重許微雄構導薄子渦包隨特局情 (射源子功費隨帶 ܄ 年特背此造析公錶泰子渦包隨特情譜 )些事實渦或染編 (Two-Fluid Model)公甚我導薄子渦包隨公論臨泰 s s s

en

v

J

=

而華我 e重子漂我 ns泰導薄弛物包隨我 vs泰弛物特移右偵隨些需塊我射源功費隨我將雄構導薄子渦包隨特情譜公論臨泰

t

n

ev

t

v

e

n

dt

dJ

_s s s s s

∂

+

∂

=

項本充背照泰導薄弛物輸相顯偵特皆阻些充實照泰導薄弛物包隨頻 ܄ 年特情譜些許微雷層蒸源雄特雷層約隨泰秒級激我這，沿因特 ܄ 年慮我忽源波著慮特蒸源雄隙氧同熟採再過導薄弛物脈移右偵隨特偏

(35)

微根破帶特析鏡 (Breaking)目果型 (Recombination)近構些微重我射源子功公首步背解特論臨泰

dt

dn

n

J

dt

dn

ev

dt

dJ

E

s s s s s s THz

∝

=

需塊我射源子功片擬學載目導薄子渦包隨特情譜過運看我半將射源子功片擬學載目導薄弛物包隨特局情過運看些們快公採小本分論臨射源子功片擬學載頻 Js發 ns特情譜致穿些 power s s s s s s s THz

n

J

I

n

J

n

ev

J

peak

E

(

)

∝

∆

≅

∆

=

∆

∝

⋅

將射源子功片擬學載目探表雄空變發更顯例渦子渦領過運看致穿些次洞我們快洞機殊探表雄空變學載目 THz 射源見特 ी 一些許奧七公甚我頻愈蒸源空變特只顯我射源脈 ܄ 著見流頻 ܄ 年特情譜獲示趣示 (射源見流可段嘗入需探表隙氧特情譜以斜偏情 )些了對持是－而片擬情學脈更我就公趣示機殊相持是－衰純脈盪氣期泰些許奧七脈框奧示臨席我射源子功片擬學載頻探表雄空變察虛一特致穿我將蒸源雄空變探表橋構導薄弛物包隨特情譜氧目排源雄隙氧重過運看特些

(36)

奧七綜這同軸探表雄空變近氧技相特 THz 子質射源些框奧論臨蒸源探表雄空變目射源子功片擬學載特虛一致穿些品製氧技超隨泰 30 K我更顯子渦泰 100 mA些角愈我偏情更顯脈例渦子渦領 (奧遽 )些也子渦只顯單 200 mA ܄ 我射源子功片擬學載目更顯子渦重過運看特致穿較以也子渦導程 200 mA 採由 ܄ (塊品製這氧技超隨泰 60 K ܄ 我而；身子渦領 (Ic)泰 650 mA)我塊 ܄ 更顯子渦領個原載微品製特；身子渦領我他重氧技相特射源子功片擬學載列同道重虛一只顯特致穿我以重察蠕只特勢兩些塊亦狀公採質大混範 (Flux Flow)特皆阻分外靠 [13]些需泰這則學子渦特最阻小我區文重需蒸源隙氧再過特顯格皆討產烈重需泰質大混範皆阻近構我列議瞬及導薄膜的察亦屏型群 (Mixed State我許 I-V 氧技公採機殊相子折領頻子渦只顯以查倍由熱 )些許微膜的進運能群特 Ꮤ 這我列議再過膜的可段特蔽八皆阻尤室我需塊公採供溫 THz 射源特射源皆變些

(37)

0 100 200 300 400 0 1 2 3 4 5 6 -2 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 100 mA 200 mA 300 mA 420 mA T H z F ie ld (a rb . u n it s ) Time Delay (ps) P e a k A m p li tu d e ( a rb . u n it s )

Bias Current (mA)

奧遽綜射源子功震領費隨目更顯子渦特致穿奧些框奧泰而料致脈 ܄ 著寬群見流些驗虛滿泰虛一波脈勢兩論臨些許由公甚我 THz 射源子功片擬學載目探表雄空變發更顯子渦領 (虛一波 )場察虛一特致穿些列同軸氧技超隨發探表雄空變帶射源子功震領費隨目更顯子渦領情譜為奧公及奧花些也方微則元氧技超隨目探表雄空變我早介氧技超隨泰 30 K我探表雄空變泰 100 mW我而子渦 ຝ 只單 400 mA ܄ 我射源子功片擬學載目更顯子渦重過運看特致穿些以也氧技超隨只顯單 60 K我探表雄空變軸品泰 100 mW我子渦只顯單 200 mA ܄ 我射源子功片擬學載目更顯子渦重過運看特致穿較子渦導程 200 mA 採由 ܄ 我氧技相特射源子功片擬學載列同道重運看特致穿我以重察蠕只特勢兩些據更我這料軸氧技超隨泰 60 K我列探表雄空變 ຝ 溫單 200 mW ܄ 我這虛一波小佳學特更顯子渦列泰 60 mA些公界蒸源雄空變發氧技超隨趣示固議好知限席片擬特學載些

(38)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 2 4 6 8 10 30K pump=100mW 60K pump=100mW 60K pump=200mW P e a k A m p li tu d e ( a rb . u n it s )

Bias current (mA)

奧花綜這同軸氧技超隨發探表雄空變小而射源子功震領費隨目更顯子渦領特致穿奧些泰對首步背解使外氧技超隨帶 THz 射源特好知我們快偏情同軸氧技特超隨我採機殊射源特震領費隨目 ܄ 著寬群見流特期泰情譜些奧十泰 THz 射源 ܄ 著寬群見流帶同軸氧技超隨特情譜致穿些了對氧技超隨泰 70 K ܄ 特射源見流而持是－華脈見震言析頻 ܄ 年情譜 Ꮤ 進背 2.5 ps 錳特射源子功費隨減尤我而遠氧技超隨近及相脈射源 ܄ 著寬群見流場進料軸特情譜 (持是－華脈見震言析頻 ܄ 年減尤情譜則因 )些許洞直極文脈子質射源制正期泰 ܄ 我公採某窗導薄或生並 THz 子質射源重許微雄構導薄子渦包隨特局情我半將射源子功費隨帶 ܄ 年特背此造析公錶泰導薄子渦包隨頻 ܄ 年特情譜些需塊公吸間導薄子渦包隨特尤今持英分評微粒回物特探表生並目矩源我瞬及根破帶特摘二尤今我再過導薄子渦情載較以導薄子渦復成 ܄ 年特言析另公錶泰積造這米先

鈣鈦礦結構金屬氧化物薄膜物理與元件---子計畫III:超快雷射光電技術應用於超導物理與元件之研究(III)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

子計畫三:超快雷射光電技術應用於超導物理與元件之研究

(3/3)

中 華 民 國 92 年 10 月 29 日

政 院 國 家 科 學 委 員 會 專 題 研 究 計 畫 成 果 報 告 子

錄 中

文 摘 畫 成 要 關

鍵 詞 英 :

： 摘 畫 成 要 關

I本 綜 三 畫 成 合 概 述 利

II本 飛 於 秒 級 激 發 探 -測 高 術 應 究 計 溫 薄 快 物 膜 的

特 性 一

背 本 究 計 景 二 元 錄 特

( ) ( )

( )

( )

(

( )

)

( )

e

T

T

k

N

T

k

T

T

A

















∆

Ω

+

+

∆

=

π

ν

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2

)

0

(

2

1

2

h

( )

( )

e

N

T

B

Ω

+

∆

=

h

)

0

(

2

1

ν

ε

( )

( )

實 本 驗 系 統 結

超 本 討 報 元 論 極

3.1 化 譜 秒 級 電 不

3.2 同 軸 向 量 特 YBCO 膜 的 氧 高 討 報

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

中華民國 92 年 10 月 29 日

政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告子

錄中

文摘畫成要關

鍵詞英 :

：摘畫成要關

I本綜三畫成合概述利

II本飛於秒級激發探 -測高術應究計溫薄快物膜的

特性一

背本究計景二元錄特

實本驗系統結

超本討報元論極

3.1 化譜秒級電不

3.2 同軸向量特 YBCO 膜的氧高討報

3.3 同軸含四氧特 (100)YBCO 膜的氧高討報

章本綜五討極

Չ 本考獻摘釔

III本作統溫薄快物膜的為泰拉赫茲輻源光樣特究

背本究計景二元錄特

實本品製備裝元驗系置緩

超本作統溫薄快物膜的為泰拉赫茲輻源光樣特究計