此篇論文主要研究Mg、O、Fe K-edge與Fe L2,3-edge X光吸收光譜近邊緣結構( XANES ) 以及Fe L2,3-edge 磁圓偏振二向性( MCD )來研究 Fe1-xMgxOy系列薄膜隨著鎂的摻雜此系統電子結構上的變化。在Mg、O、Fe K-edge與Fe L2,3-edge光譜上皆見到x大於50%後結構將有改變， O K-edge中隨著x值增加將使Fe 3d O 2p偶合數量減少並在Fe K-edge上發現x值0.4後鎂填入較多的B-site；在Fe L2,3-edge磁圓偏振二向性能譜中可見x值0.4後鎂填入較多的B-site，並利用sum rule計算可得到自旋磁矩貢獻隨著x增加而減少，但在此沒有ㄧ定的規則能判定Mg優先取代的位置。

The electronic structure and magnetic properties of Mg( x ) doped Fe3O4 thin films with different Mg concentrations were using the Mg 、O、Fe K-edge and Fe L2,3-edge x-ray absorption near edge structure ( XANES ) and Fe L2,3-edge magnetic circular dichroism ( MCD ). All spectra were indicated the change of electronic structure at x large than 50 %. The O K-edge XANES spectra indicated that the Fe 3d-O 2p hybridized states decreases as Mg concentration increases, From the Fe K-edge spectra reveal the Mg were into more B-site, it were also reveal in Fe L2,3-edge MCD spectra. From the calculation with approximate spin sum rule indicated the spin moment were decreases as Mg concentration increases.

致謝 ………………………………………………………………1
中文摘要 ………………………………………………………… 2
英文摘要 ………………………………………………………… 3
目錄 ……………………………………………………………… 4
圖表簡介…………………………………………………………  5
第一章、緒論 ……………………………………………… 7
Fe3O4的晶體結構與磁性結構 ……………………………  7
第二章、X光吸收光譜簡介 ……………………………… 13
(一).吸收邊緣與E0值  ……………………………………14
(二).X光吸收近邊緣結構 ( XANES )……………………17
(三). X光延伸吸收精細結構(EXAFS) ……………………17
(四).實驗方法………………………………………………21
(五).數據分析………………………………………………24
第三章、X光磁圓偏振二向性簡介……………………… 29
(一).理論模型………………………………………………29
(二).實驗方法………………………………………………30
第四章、實驗結果與討論 …………………………………33
(一).樣品介紹………………………………………………33
(二).X光吸收光譜近邊緣結構( XANES )……………… 34
(三).X光磁圓偏振二向性能譜 ( XMCD )………………46
第五章、結論……………………………………………… 51
第六章、參考文獻………………………………………… 52

圖表目錄
Fig.1-1 Fe3O4 的電導率與溫度變化圖………………………………8
Fig.1-2 (a) spinel 結構圖……………………………………………10
Fig.1-2 (b) 四面體示意圖……………………………………………10
Fig.1-2 (c) 八面體示意圖……………………………………………10
Fig.1-3 超交互作用的機制 …………………………………………12
Fig.1-4 Fe3O4 磁矩排列意示圖………………………………………12
Fig.2-1 光子能量與銅吸收截面關係圖 ……………………………15
Fig.2-2 XANES 與EXAFS 分界圖……………………………………19
Fig.2-3 光電子平均自由路徑與能量關係圖 ………………………19
Fig.2-4 單一散射與多重散射之圖像 ………………………………20
Fig.2-5 X 光吸收光譜實驗示意圖 …………………………………22
Fig.2-6 三種電子訊號量測方法…………………………………… 23
Fig.2-7 X 光吸收光譜之數據分析流程…………………………… 25
Fig.2-8 選擇能量底限E0 值的不同方法 ………………………… 26
Fig.3-1 Ni L2,3-edge 吸收光譜 ………………………………………32
Fig.3-2 Ni L2,3-edgeMCD 譜圖………………………………………32
Fig.4.1.1 飽和磁化量與摻雜量比較圖………………………………33
Fig.4-1( a ) MgO Mg K-edge…………………………………………35
6
Fig.4-1( b ) Unoccupied PDOS and overlap population diagrams……35
Fig.4-2 Fe1-xMgxOy 系列薄膜及MgO Mg K-edge 歸一化光譜圖 …36
Fig.4-3 MgO OK( a ) unoccupied PDOS and overlap population
diagrams………………………………………………………37
Fig.4-3 ( b ) MgO OK-edge Lindner et al.……………………………37
Fig.4-4 Fe1-xMgxOy 系列薄膜O K-edge 近邊吸收歸一化光譜圖… 39
Fig.4-5 Fe1-xMgxOy 系列薄膜O K-edge 扣除背景之面積……………40
Fig.4-6 Fe1-xMgxOy 系列薄膜Fe 的L2,3-edge 歸一化吸收光譜圖……42
Fig.4-7 為Fe1-xMgxOy 系列薄膜中Fe 的L2,3-edge 與Fe3O4 之差譜…43
Fig.4-8 為Fe1-xMgxOy 系列薄膜Fe K-edge 近邊吸收光譜圖……… 45
Fig.4-9 Fe1-xMgxOy 系列薄膜Fe 價數對摻雜量x 圖…………………46
Fig.4-10 Fe1-xMgxOy 系列薄膜x=0.0~0.45 的XMCD 光譜圖………47
Fig.4-11 Fe1-xMgxOy 的Fe L3-edge XMCD 光譜圖 …………………48
Fig.4-12 sum rule 計算出來的spin 與orbital 磁矩之貢獻 …………50

1.M. Imada, A.Fujimori, and Y.Tokura, Rev. Mod. Phys.  
  70,1039 (1998)
2.Electronic Conduction in Oxides, 2nd edition by N.Tsuda, 
  K. Nasu, A. Fujimori, and K. Siratory, Springer Series  
  in Solid State Scienc Vol. 94 (Springer-Verlag, Berlin, 
  2000)
3.M. Johnson and R. H. Slisbee, Phys. Rev. Lett. 55, 1790 
  (1988); J.Daughton, J. Appl. Phys. 81, 3758 (1997); G. 
  Hu and Y. Suzuki, Phys. Rev. Lett. 89, 276601 (2002)
4.R. A.de Groot, F.M. Mueller, P.G. van Engen, and K. H. 
  J. Buschow, Phys. Rev. Lett. 50, 2024 (1983)
5.S. F. Alvarado, M. Erbudak, and P. Munz, Phys. Rev.Lett. 
  14, 2740 (1976)
6.E. J. Verway and P. Haayman, Physica (Amsterdam) 8, 979 
  (1941)
7.半金屬磁性氧化物之能譜研究, 黃迪靖等著, 物理雙月刊 (廿二
  卷六期), 2000
8.現代磁性材料原理和應用,R. C. O，Handley著, 周永洽等譯 (化
  學工業出版社&材料科學與工程出版中心, 2002)
9.凝聚態物理學叢書 鐵磁學 上冊, 戴道生、錢昆明著 (科學出版
  社,1992)
10.Physics of Magnetism, by S. Chikazumi and S. H. Charap
11.氧化鐵(Fe3O4)薄膜與超晶格, 劉伊郎、陳恭著, 物理雙月刊 
  (廿二卷六期), 2000
12."X-Ray Absorption : Principles, Application, Techniques 
   of EXAFS,SEXAFS, SEXAFS and XANES”, edited by D. C. 
   Koningsberger,and R. Prins, Chem. Analysis Vol.92 
   (Wiley 1988).
13.D. E. Sayers, E. A. Stern, and F. W. Lytle, Phys. Rev. 
   Lett. 27, 1024(1971).
14.“NEXAFS Spectroscopy”, edited by Joachim Stöhr 
   (Springer-Verlag1991).
15.E. A. Stern, M. Newville, B. Ravel, Y. Yaceby, and D. 
   Haskel, Phys.B. 208&209, 117 (1995).
16.“EXAFS and Near edge Structure”, edited by A. 
   Bianconi, L.Incoccia and S. Stipcich (Springer-Verlay 
   1983).
17.“安全訓練手冊”, 新竹同步輻射, 2001.
18.C. S Hwang, F. Y. Lin, C. H. Lee, K. L. Yu, P. K.Tseng, 
   J. T. Lin, H.C. Tseng, W. C. Su, J. R. Chen, T. L. Lin, 
   and W. F. Pong, Rev. Sci.Instrum. 69, 1230 (1998).
19.王其武編著, X射線吸收精細結構及其應用, 科學出版社, 1994.
20.“EXAFS , Basic Principle and Data Analysis”, edited 
    by Boon K.Teo (Springer-Verlag 1986).
21.F. Sette, C. T. Chen, Y. Ma, S. Modesti, and N. V. 
   Smith AIP Conf.Proc. 215, 787 (1990)
22.T. Lindner, H. Sauer, W. Engel, and K. Kambe, Phys. 
   Rev. B.33 22 (1986)
23.T. Mizoguchi, and I. Tanaka, Phys. Rev. B. 61 2180 
   (2000)
24.F. M. F.de Groot, M. Grioni, J. C. Fuggle, J. Ghilsen, 
   G.A.Sawatzla, and H. Petersen, Phys. Rev. B 40, 5715 
   (1989)
25.W. F. Pong, M. H. Su, M. H. Tsai, H. H.Hsieh, J. Y. 
   Pieh, Y. K.Chang,K. C. Kuo, P. K. Tseng, J. F. Lee, S. 
   C. Chung, K. L. Tsang,and C. T. Chen, Phys. Rev. B, 54, 
   16641 (1996)
26.H. Kurata, E. Lefevre, C. Colliex, and P. Brydson, 
   Phys. Rev. B 47,137613 (1993).
27.陳啟亮, 博士論文, 淡江大學 94年6月
28.G. van der Laan and I. W. Kirkman, J. Phys.: Condens. 
   Matter 4, 4189(1992). 
29.J. TaftØ, O. K. Krivanek, Phys. Rev. Lett. 48 560 
   (1982). 
30.C. L. Chen, G. Chen, C. L. Chen, H. H. Hsieh, C. L. 
   Dong, W. F.Pong,C. H. Chao, H. C. Chien, S. L. Chang, 
   Solid State Comm, 109(1999) 599-604.
31.M. Croft, D. Sills, M. Greenblatt, C. Lee, S.-W. 
   Cheong, K. V.Ramanujachary, and D. Tran, Phys. Rev. B 
   55, 8726 (1997).
32.P. Kuiper, B. G. Searle, L.-C. Duda, R. M. Wolf, and P. 
   J. van der Zaag, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 
   86, 109 (1997)
33.C. T. Chen, Y. U. Idzerda, C.-C. Kao, L. H. Tjeng, H.-
   J. Lin, G.Meigs,Meterial Science and Engineering B 31, 
   49-56 (1995).
34.“X-Ray Absorption : Principles, Application, 
   Techniques of EXAFS,SEXAFS, SEXAFS and XANES”, edited 
   by D. C. Koningsberger,and R. Prins, Chem. Analysis 
   Vol.92 (Wiley 1988).
35.“EXAFS , Basic Principle and Data Analysis”, edited 
    by Boon K. Teo (Springer-Verlag 1986).