我們從過往的文獻得知，使用中子彈性與非彈性散射、磁化率量測、比熱量測等等一系列實驗，已發現的銅硼氧化物CuB2O4單晶在低溫下有一複雜的磁結構相圖，這主要來自在晶體結構中佔據了兩個不同原子位子的銅原子之間的交互作用。為了能進一步了解此一交互作用，我們因此研究以不同的原子（Ni及Fe）來取代銅原子所產生的效應．我們的(Cu1-xMx) B2O4 (M=Ni, Fe)樣品是用熔鹽法(flux method)製備而成的。在製備的過程中，我們發現在兩個不同系列的參雜樣品中，隨著參雜的比例提高(x =0.1, 0.2, 0.3)，樣品的合成溫度會相應的降低。在X-ray 粉末繞射實驗的數據中，我們得知這些樣品與CuB2O4有著相同的晶體結構。我們在磁化率量測的部分觀察到當外加磁場沿著不同的晶軸方向施加時，兩個系列的樣品都會有與CuB2O4相似的行為存在，且鎳參雜系列的相變溫度TN會隨著參雜的比例提高而有較明顯的降低；M-H量測的結果則發現鎳參雜樣品在相變行為上的變化較大，而鐵參雜樣品的相變行為與CuB2O4的較為接近，但仍具有一定的差異。

By susceptibility measurement, elastic neutron scattering and inelastic neutron scattering, the single crystal of CuB2O4 has a complex magnetic structure phase diagram has been obtained. The phase diagram is because of the interaction between two copper ion which occupy two different atomic sites. In order to realize the interaction further, we study the effect cause by doped different elements (Ni and Fe) to instead of copper. Our samples (Cu1-xMx) B2O4 (M=Ni, Fe) are prepared by flux method. We find the synthesis temperatures are different for different doping ratio. And powder diffraction patterns show they are same structure with CuB2O4. The susceptibility measurements show whether Ni doped samples or Fe doped samples have similar properties. And the phase transition temperature of Ni doped samples shifts toward low temperature. The M-H measurement show the phase transition behavior of Fe doped samples is similar to CuB2O4.

目錄
第一章	緒論	1
第二章	X光散射與磁性	6
2-1.	X光與散射	6
2-1-1.	X-ray簡介	6
2-1-2.	同步輻射光簡介	7
2-1-3.	晶體結構	11
2-1-4.	布拉格定律	15
2-2.	磁矩的排列	16
磁矩的有序排列	16
順磁性(Paramagnetism)	16
抗磁性(Diamagnetism)	17
鐵磁性(Ferromagnetism)	17
反鐵磁性(Antiferromagnetism)	19
亞鐵磁性(Ferrimagnetism)	20
2-3.	電子自旋交互作用	21
2-3-1.	交換交互作用(Exchange Interaction)	21
2-3-2.	雙交換交互作用(Double Exchange Interaction)	22
2-3-3.	超交換交互作用(Super Exchange Interaction)	23
2-3-4.	反對稱交換作用(Antisymmetric exchange)	24
第三章	樣品製程與量測方法	25
3-1.	樣品製備方式	25
3-2.	粉末X光繞射實驗(Powder X-ray diffraction, PXRD)	27
3-3.	磁性量測	29
3-4.	X光吸收近邊緣結構 (X-ray absorption near edge structure ,XANES)	32
3-5.	能量散射X射線譜(Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX)	35
第四章	實驗數據	36
4-1.	粉末X光繞射實驗(Powder X-ray diffraction, PXRD)	36
4-2.	磁性量測	43
4-3.	X光吸收近邊緣結構 (X-ray absorption near edge structure ,XANES)	63
4-4.	能量散射X射線譜(Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX)	65
第五章	總結與討論	68
參考文獻	71

 
圖目錄
圖 1-1 CuB2O4結構圖	2
圖 1-2 CuB2O4晶體的(a)M-T (b)M-H量測[7][30]	2
圖 1-3 Cu(A)與Cu(B)的磁矩在不同磁結構時的排列方式	3
圖 1-4 外加磁場垂直於c軸時，CuB2O4相圖[2]	4
圖 1-5 CuB2O4在參雜鎳後的磁性變化[8]	4
圖 2-1 同步輻射光產生機制示意圖[9]	8
圖 2-2 同步輻射光所對應之電磁波波段[9]	8
圖 2-3 Taiwan Light Source(TLS)同步加速器示意圖[9]	10
圖 2-4 單位晶胞與晶格常數示意圖	11
圖 2-5 十四種不同的Bravais Lattices [10]	12
圖 2-6 不同晶格面的密勒指數[11]	14
圖 2-7 布拉格繞射示意圖	15
圖 2-8 順磁性有序排列示意圖	17
圖 2-9 鐵磁性有序排列示意圖	18
圖 2-10 磁滯曲線示意圖[12]	19
圖 2-11 反鐵磁性有序排列示意圖	19
圖 2-12 亞鐵磁性有序排列示意圖	20
圖 2-13 雙交換交互作用示意圖	22
圖 2-14 超交換交互作用示意圖	23
圖 2-15 反對稱交換示意圖	24
圖 3-1 樣品合成過程示意圖	26
圖 3-2 CuB2O4晶體參雜鎳(a)或鐵(b)的合成溫度圖	26
圖 3-3 TPS19A實驗儀器架設圖[14]	28
圖 3-4 四環繞射儀	30
圖 3-5 SQUID VSM示意圖[17]	31
圖 3-6 過度金屬元素K-edge XANES示意圖	33
圖 3-7 XAS實驗儀器架設圖[18]	34
圖 3-8 EDX原理示意圖[19]	35
圖 4-1 CuB2O4粉末繞射圖	36
圖 4-2 (Cu0.9Ni0.1)B2O4粉末繞射圖	37
圖 4-3 (Cu0.8Ni0.2)B2O4粉末繞射圖	37
圖 4-4 (Cu0.7Ni0.3)B2O4粉末繞射圖	37
圖 4-5 (Cu1-xNix)B2O4晶格常數變化圖	38
圖 4-6 (Cu1-xNix)B2O4單位晶胞體積變化圖	39
圖 4-7 (Cu0.9Fe0.1)B2O4粉末繞射圖	40
圖 4-8 (Cu0.8Fe0.2)B2O4粉末繞射圖	40
圖 4-9 (Cu0.7Fe0.3)B2O4粉末繞射圖	40
圖 4-10 (Cu1-xFex)B2O4單位晶胞體積變化圖	41
圖 4-11 (Cu1-xFex)B2O4單位晶胞體積變化圖	42
圖 4-12 CuB2O4 M-T量測圖	43
圖 4-13 (Cu0.9Ni0.1)B2O4 M-T量測圖	44
圖 4-14 (Cu0.8Ni0.2)B2O4 M-T量測圖	44
圖 4-15 (Cu0.7Ni0.3)B2O4 M-T量測圖	44
圖 4-16 (Cu0.9Fe0.1)B2O4 M-T量測圖	45
圖 4-17 (Cu0.8Fe0.2)B2O4 M-T量測圖	45
圖 4-18 (Cu0.7Fe0.3)B2O4 M-T量測圖	45
圖 4-19 c軸與外加磁場方向夾角變化對M-T量測數據的影響	46
圖 4-20 (Cu1-xNix)B2O4的M-T量測數據之比較	47
圖 4-21 (Cu1-xNix)B2O4的TN與T*變化圖	47
圖 4-22 (Cu1-xFex)B2O4的M-T量測數據之比較	48
圖 4-23 (Cu1-xFex)B2O4的TN與T*變化圖	48
圖 4-24 CuB2O4 M-H量測圖	49
圖 4-25 (Cu0.9Ni0.1)B2O4 M-H量測圖	50
圖 4-26 (Cu0.8Ni0.2)B2O4 M-H量測圖	50
圖 4-27 (Cu0.7Ni0.3)B2O4 M-H量測圖	50
圖 4-28 (Cu0.9Fe0.1)B2O4 M-H量測圖	51
圖 4-29 (Cu0.8Fe0.2)B2O4 M-H量測圖	51
圖 4-30 (Cu0.7Fe0.3)B2O4 M-H量測圖	51
圖 4-31 (Cu1-xNix)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 2K)	52
圖 4-32 (Cu1-xNix)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 4K)	53
圖 4-33 (Cu1-xNix)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 5K)	54
圖 4-34 (Cu1-xNix)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 6K)	55
圖 4-35 (Cu1-xNix)B2O4相圖	56
圖 4-36 鎳參雜樣品相變場之比較	56
圖 4-37 (Cu1-xFex)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 2K)	57
圖 4-38 (Cu1-xFex)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 4K)	58
圖 4-39 (Cu1-xFex)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 5K)	59
圖 4-40 (Cu1-xFex)B2O4的M-H量測數據之比較(T = 6K)	60
圖 4-41 (Cu1-xFex)B2O4相圖	61
圖 4-42 鐵參雜樣品相變場比較	61
圖 4-43鎳參雜樣品的XANES量測	63
圖 4-44鐵參雜樣品的XANES量測	64
圖 4-45 (Cu0.9Ni0.1)B2O4樣品在SEM下的表面照片	65
圖 4-46 (Cu0.9Ni0.1)B2O4樣品表面不同位置的EDX分析結果	66
圖 4-47 (Cu0.7Fe0.3)B2O4樣品在SEM下的表面照片	67
圖 4-48 (Cu0.7Fe0.3)B2O4樣品表面不同位置的EDX分析結果	67

參考文獻
[1.] M. MARTINEZ-RIPOLL, S. MARTINEZ-CARRERA AND S. GARCIA-BLANCO, Acta Cryst. B27, 677, (1971).
[2.] Takayuki Kawamata, et al., Journal of the Physical Society of Japan 88, 114708, (2019).
[3.] M. Boehm, et al., Physica B 318, 277–281, (2002).
[4.] M. Boehm, et al., Phys. Rev. B 68, 024405, (2003).
[5.] N. D. Khanh, et al., PHYSICAL REVIEW B 87, 184416, (2013).
[6.] Petrakovski, et al., Phys. Solid State 41(7), (1999).
[7.] G. A. Petrakovskii, A. D. Balaev, and A. M. Vorotynov, Physics of the Solid State 42(2), 321–325, (2000). 
[8.] M. Saito, K. Ishikawa, S. Konno, K. Taniguchi and T. Arima, Nature Materials 8, 634–638, (2009).
[9.] 國家同步輻射研究中心,同步加速器光源簡介(https://www.nsrrc.org.tw/chinese/lightsource.aspx)
[10.] 百度百科, 布拉伐格子(https://baike.baidu.com/item/%E5%B8%83%E6%8B%89%E4%BC%90%E6%A0%BC%E5%AD%90/8964692)
[11.] Stephan-Enzo Ungersböck, 3.3.1 The Miller Index Notation (https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/ungersboeck/node24.html)
[12.] Ashima Arora, Optical and electric field control of magnetism (8.10.2018), pp. 10.
[13.] 張石麟, 科學發展(484), 40-45, (2013).
[14.] 許火順、莊裕鈞、張仲凱、賴彥仲、張仲傑, 科儀新知 (209), 40-48, (105).
[15.] 楊仲準,科儀新知, 32(6), (100).
[16.] Quantum Design中國子公司, SQUID磁學測量系統產品說明手冊, (2016).
[17.] M. Buchner, K. Höfler, B. Henne, V. Ney, and A. Ney, J. Appl. Phys.124, 161101, (2018).
[18.] 詹丁山, X光吸收光譜原理簡介, (2010).
[19.] 勀傑科技,如何使用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行EDX元素分析(https://www.kctech.com.tw/wp-content/uploads/%E5%9C%96%E4%BA%8Cx-ray-generation-process.png)
[20.] Harald Ibach, Hans Lüth , Solid-State Physics 2nd Edition, (New York, 1995).
[21.] CHARLES KITTEL著 項金鐘 吳興惠 譯, 固態物理導論 Introduction to Solid State Physics, (2019)
[22.] 戴文淇，淡江大學碩士論文 (2018).
[23.] 方楚涵，淡江大學碩士論文 (2016)
[24.] Yet-Ming Chiang,Dunbar P. Birnie, Ⅲ, W. David Kingery, PHYSICAL CERAMICS (Canada, 1997)
[25.] C. E. Weir and R. A. Schroeder, J. Res. Nat. Bur. Stand. 68A, 465, (1964).
[26.] G. A. Petrakovskii, et al., Crystallography Reports 45(5), pp. 853–856, (2000).
[27.] G. Petrakovskii, et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 205,105-109, (1999).
[28.] G.A. Petrakovskii, et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300, e476–e478, (2006).
[29.] Y. KOUSAKA, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 76(12), (2007).
[30.] A. E. Petrova and A. I. Pankrats, Phys. JETP 126(4), 506–513, (2018).
[31.] Clarence Zener, Phys Rev 82, 403-405, (1951).
[32.] H.A Kramers, Physica 1, 182-192, (1934).
[33.] I. Dzyaloshinsky, J. Phys. Chem. Solids 4, 241-255, (1958).
[34.] T. Moriya, Physical Review. 120, 91-98, (1960).