系統識別號 | U0002-1402201415064900 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2014.00399 |
論文名稱(中文) | SrFeOx的電荷與電子自旋有序結構之X光散射研究 |
論文名稱(英文) | Study of the charge and spin ordering in SrFeOx using X-ray scattering |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 物理學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Physics |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 102 |
學期 | 1 |
出版年 | 103 |
研究生(中文) | 林意軒 |
研究生(英文) | Yi-Shiuan Lin |
學號 | 600210065 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2014-01-15 |
論文頁數 | 80頁 |
口試委員 |
指導教授
-
杜昭宏(chd@mail.tku.edu.tw)
委員 - 葉炳宏 委員 - 湯茂竹 |
關鍵字(中) |
軟X光 相變化 電荷有序 電子自旋有序 共振散射 SrFeOx |
關鍵字(英) |
Soft X-ray phase transition charge ordering Spin ordering Resonant Scattering SrFeOx |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本論文主要是利用X光共振散射與變溫量測來探討在SrFeOx中的電荷有序(charge-ordering)與電子自旋所有序結構(spin-ordering)。由於電荷與磁結構的散射截面積非常小,所以利用一般X光繞射技術無法獲得足夠的強度來分析研究,為了能得到足夠的繞射強度,因此利用了軟X光共振散射使繞射峰強度增加。實驗中利用入射光在Fe L2,L3-edge與O K-edge所產生的共振效應來增加來自charge-ordering與spin-ordering繞射峰的散射振幅,並利用此繞射峰對能量變化的關係圖來探討Fe電子在3d軌域的電子結構。樣品 SrFeOx的電荷有序結構波向量為Qco ≈(0, 0, 0.64),而電子自旋有序結構的波向量為Qso ≈(0, 0, 0.5),針對這兩個波向量進行變溫量測觀察其結構的相變化,其結構的相變溫度分別為Tco ≈ 107K以及Tso ≈ 65K,並利用X光的二向性,即水平線偏振光與垂直線偏振光,來探討電荷結構與電子自旋的行為與方向性。 |
英文摘要 |
We report the study of charge/spin-ordering in single crystal SrFeOx using resonant soft x-ray scattering. Probing the charge and spin ordering using x-rays is difficult due mainly to the very weak diffraction intensity. However, this difficulty can be overcome by the use of resonant x-ray diffraction. In this study, we performed the resonant soft x-ray diffraction at the Fe L-edge and O K-edge, and observed a huge enhancement from the spin and charge ordering reflections. The wave vectors of charge- and spin-ordering in SrFeOx were observed to be Qco ≈ (0, 0, 0.64) and Qso ≈ (0, 0, 0.5) with transition temperatures at Tco ≈ 107 K for charge ordering and Tso ≈ 65 K for spin. These reflections were also further confirmed to originate from charges and spins, respectively, using the different polarized x-rays. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 第一章 X光的發展-----------------------------------------------------------1 1-1 X光的起源------------------------------------------------------1 1-2 同步輻射光源---------------------------------------------------2 第二章 X光散射與基本理論-----------------------------------------------6 2-1 晶體結構------------------------------------------------------6 2-2 倒晶格空間------------------------------------------------------8 2-3 布拉格定律------------------------------------------------------9 2-4 散射截面積-----------------------------------------------------11 2-5 X光共振散射--------------------------------------------------16 2-6 X光吸收光譜原理--------------------------------------------22 第三章 電荷與電子自旋有序排列及樣品介紹------------------------24 3-1 電荷與電子自旋有序排列-----------------------------------24 3-2 SrFeOx樣品製程----------------------------------------------26 3-3 SrFeOx樣品結構----------------------------------------------29 3-4 SrFeOx的物理特性-------------------------------------------32 3-5 SrFeOx的電子組態與Jahn-Tellar distortion--------------36 第四章 實驗儀器與實驗方法---------------------------------------------39 4-1 橢圓偏極聚頻磁鐵光束線(EPU Beamline)--------------39 4-2 四環繞射儀-----------------------------------------------------42 4-3 實驗樣品處理方法--------------------------------------------43 4-4 實驗方法--------------------------------------------------------49 第五章 實驗數據與討論---------------------------------------------------52 5-1 樣品編號與幾何關係-----------------------------------------52 5-2 SrFeOx (#01017)實驗數據-----------------------------------53 5-2-1 吸收光譜 (Absorption Spectrum) ---------------------53 5-2-2 Fe L3-edge的繞射峰訊號(peak profile) --------------54 5-2-3 fix Q energy scan------------------------------------------55 5-2-4 分割掃描(slice scans) -----------------------------------59 5-2-5 變溫量測---------------------------------------------------61 5-3 SrFeOx(#01131)實驗數據---------------------------------63 5-3-1 吸收光譜(Absorption Spectrum) ----------------------63 5-3-2 O K-edge的繞射峰訊號(peak profile) ---------------64 5-3-3 fix Q energy scan------------------------------------------64 5-3-4 分割掃描(slice scans) -----------------------------------65 5-3-5 變溫量測---------------------------------------------------66 6-4 實驗結果討論--------------------------------------------------69 第六章 結論------------------------------------------------------------------77 參考文獻--------------------------------------------------------------------------79 圖目錄 圖(1-2-1) 同步輻射光源波段範圍示意圖-----------------------------------2 圖(1-2-2) 同步輻射光源設施示意圖-----------------------------------------3 圖(1-2-3) 偏轉磁鐵(Bending)發光機制--------------------------------------4 圖(1-2-4) 增頻磁鐵(Wiggler)發光機制--------------------------------------5 圖(1-2-5) 聚頻磁鐵(Undulator)發光機制------------------------------------5 圖(2-1-1) 單位晶胞--------------------------------------------------------------6 圖(2-1-2) 十四種單位晶胞-----------------------------------------------------7 圖(2-3-1) 布拉格晶格繞射示意圖-------------------------------------------10 圖(2-4-1) 散射前後的偏振方向示意圖-------------------------------------15 圖(2-5-1) 散射因子的實部與虛部做圖結果-------------------------------18 圖(2-6-1) 螢光式X光吸收光譜示意圖-------------------------------------23 圖(3-1-1) 鐵磁性、反鐵磁性與順磁性------------------------------------25 圖(3-2-1) 高溫爐(Floating-zone)---------------------------------------------28 圖(3-2-2) 使用Floating-zone長成之未處理單晶SrFeOx--------------28 圖(3-2-3) 處理完成後的樣品SrFeOx-------------------------------------28 圖(3-3-1) 磁性量測,(a) SrFeOx (01017),(b) SrFeOx (01123), (c) P. Adler et al所做得磁化率量測-----------------------------30 圖(3-3-2) 電性量測,(a) SrFeOx (01017),(b) SrFeOx (01123), (c) P. Adler et al所做得電阻量測--------------------------------30 圖(3-3-3) SrFeOx結構圖-----------------------------------------------------31 圖(3-3-4) (a)八面體結構與(b)金字塔形結構------------------------------31 圖(3-4-1) SrFeO3-δ,(a) 磁化率量測,(b) 電阻量測---------------------33 圖(3-4-2) SrFeO2.5結構圖,空心圓為氧離子,大的實心圓為氧缺陷,小的實心圓為鐵離子----------------------------------------------34 圖(3-4-3) SrFeOx的相圖-------------------------------------------------------35 圖(3-5-1) Fe4+在3d軌域的能階示意圖-----------------------------------38 圖(3-5-2) 八面體受Jahn-Teller distortion造成晶格扭曲示意圖-------38 圖(4-1-1) EPU光束線架構----------------------------------------------------39 圖(4-1-2) EPU二環繞射儀腔體俯視圖-------------------------------------41 圖(4-2-1) 位於淡江大學散射實驗室之四環繞射儀----------------------42 圖(4-3-1) 從望遠鏡觀察針尖:針尖水平與高度均偏離中心-----------43 圖(4-3-2) 從望遠鏡觀察針尖:將針尖水平位移調整至水平中心-----44 圖(4-3-3) 從望遠鏡觀察針尖:將針尖垂直高度調整至垂直中心-----45 圖(4-3-4) 望遠鏡----------------------------------------------------------------45 圖(4-3-5) 針尖與角向器-------------------------------------------------------46 圖(4-3-6) 樣品表面與散射平面之夾角(misscut angle)------------------47 圖(4-3-7) EPU專用holder與樣品,在末端塗有螢光粉----------------48 圖(5-1-1) 樣品與光的散射幾何關係示意圖-------------------------------52 圖(5-2-1-1) SrFeOx(#01017) Fe L2,L3-edge的吸收光譜圖-------------54 圖(5-2-2-1) SrFeOx (#01017) Fe L3-edge上Qco(0,0,0.64)以不同線偏振光量測的繞射峰。(a) π-polarized,半高寬約為1.65°;(b) σ-polarized,半高寬約為1.69°;(c)兩個偏振光比較圖-----55 圖(5-2-2-2) SrFeOx (#01017) Fe L3-edge上Qso(0,0,0.5)以不同線偏振光量測的繞射峰。(a) π-polarized,半高寬約為0.79°;(b) σ-polarized,半高寬約為1.29°;(c)兩個偏振光比較圖-----56 圖(5-2-3-1) SrFeOx(#01017)fix Qco energy scan at Fe L3-edge---------58 圖(5-2-3-2) SrFeOx(#01017) Qco(0,0,0.64)的K-scan -------------------58 圖(5-2-3-3) SrFeOx(#01017) fix Q energy scan扣除背景示意--------58 圖(5-2-3-4) SrFeOx(#01017) fix Qco(0,0,0.64) energy scan (a) π- polarized;(b) σ-polarized---------------------------------------59 圖(5-2-3-5) SrFeOx(#01017) fix Qso(0,0,0.5) energy scan (a) π-polarized;(b) σ-polarized------------------------------------------59 圖(5-2-4-1) SrFeOx(#01017) Qcopeak 不同偏振光量測的結果---------61 圖(5-2-4-2) SrFeOx(#01017) Qsopeak不同線振光量測的結果---------61 圖(5-2-5-1) SrFeOx(#01017) Fe L3-edge σ-polarized,以L-scan測量Qco(0,0,0.64),半高寬(紅色方形)與強度(藍色圓形)隨溫度變化----------------------------------------------------------------63 圖(5-2-5-2) SrFeOx(#01017) Fe L3-edge π-polarized,以th2th-scan測量Qco(0,0,0.5),半高寬(紅色方形)與強度(藍色圓形)隨溫度變化----------------------------------------------------------63 圖(5-3-1-1) SrFeOx(#01131) O K-edge的吸收光譜圖------------------64 圖(5-3-2-1)SrFeOx(#01131) O K-edge上Qso(0,0,0.5) )以不同線偏振光量測的繞射峰。(a) π-polarized,半高寬約為0.48°;(b) σ-polarized,半高寬約為0.36°;(c)兩個偏振光比較圖-----65 圖(5-3-3-1) SrFeOx(#01131) fix Qso(0,0,0.5) energy scan在不同線偏振光的量測結果---------------------------------------------------66 圖(5-3-4-1) SrFeOx(#01131) Qsopeak at O K-edge不同線振光的結果,藍色圓形為π-polarized,紅色方形為σ-polarized----------67 圖(5-3-5-1) SrFeOx(#01131) Qso(0,0,0.5) O K-edge在水平線偏振光下不同溫度點的fix Q energy scan 測量結果-----------------68 圖(5-4-1) SrFeOx(#01017) Qco(0,0,0.64)peak的Fe-L3 edge在垂直線偏振光下數據與擬合結果------------------------------------------70 圖(5-4-2) SrFeOx(#01017) Qso(0,0,0.5)peak的Fe-L2,L3 edge在水平線偏振光下數據與擬合結果--------------------------------------72 圖(5-4-3) SrFeOx(#01131) Qso(0,0,0.5)peak的O K edge在水平線偏振光下數據與擬合結果----------------------------------------------75 圖(6-1) SrFeOx(#01017) Fe L3-edge的Qco(0,0,0.64) (藍色圓形)與Qso(0,0,0.5) (紅色方形)的半高寬隨溫度變化----------------78 |
參考文獻 |
[1]. 國家同步輻射研究中心 http://www.nsrrc.org.tw/ [2]. C. Kittle, Introduction to Solid State Physics, John Wiley 8th edition (2005) [3]. D. Attwood, Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation: Principles and Applications, Cambridge University Press,1999 [4]. 鄭弘泰,第一原理理論計算作為科學發現的工具:磁鐵礦(magnetite)之電荷-軌道秩序(charge-orbital ordering)和Verwey相變,物理雙月刊(廿七卷四期)2005年8月 [5]. EPU User Manual [6]. J. P. Hannon et al., Phys. Rev. Lett. 61, 1245 (1988) [7]. 李書翰,淡江大學碩士論文(2010) [8]. Ching-Shiang Hwang, NSRRC (2008) [9]. 陳政龍,淡江大學碩士論文(2005) [10]. A. Maljuk et al., Journal of Crystal Growth, 257, 427–431 (2003) [11]. E. K. Hemery et al., Phys. Rev. B 75, 092403 (2007) [12]. G. V. M. Williams et al., Phys. Rev. B 79, 024412 (2009) [13]. P. Adler et al., Phys. Rev. B 73, 094451 (2006) [14]. A. Lebon, et al., Phys. Rev. Lett. 92, 037202 (2004) [15]. Y.M. Zhao et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 214-220 (2004) [16]. R. Vidya et al., Phys. Rev. B 74, 054422 (2006) [17]. J. P. Hodges et al., J. Solid State Chem. 151, 190 (2000) [18]. Y. Takeda et al., Journal of Solid State Chemistry, 63, 237-249 (1986) [19]. 吳宗展,國立中山大學物理研究所碩士論文(2002) [20]. T. Bruckel et al., Acta Cryst. A52, 427-437(1996) [21]. M. Reehuis et al., Phys. Rev. B 85, 184109 (2012) |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信