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系統識別號 U0002-1801200711332200
中文論文名稱 超導奈米線的物性研究
英文論文名稱 The physical properties of superconducting nanpwires
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 95
學期 1
出版年 96
研究生中文姓名 朱賢耀
研究生英文姓名 Chu Hsien-Yao
學號 692180416
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-01-15
論文頁數 65頁
口試委員 指導教授-張經霖
委員-錢凡之
委員-張經霖
委員-陳洋元
中文關鍵字 奈米線  超導 
英文關鍵字 nanowires  superconductivity 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 此論文以高純度鋁片 (99.995%) ,利用電化學陽極氧化法處理,改變操作電壓及陽極氧化反應時間合成出具不同尺寸的多孔性陽極氧化鋁模版,再以化學電沈積法成長出200 nm,60 nm ,30 nm的銦奈米線。使用超導量子干涉磁量儀與物理性質系統量測系統對樣品進行磁性與電性行為的研究,從磁性量測結果中發現線俓分別為 200 nm、60 nm 與 30 nm 銦奈米線仍具有超導體的抗磁特性行為,在電性行為上發現200 nm與60 nm 銦奈米線在溫度低於超導轉變溫度下有電阻增加大的現象,並且隨著量測電流增大可以抑制低溫處的電阻大小。在外加磁場的電性量測上發現銦奈米線的表面超導抗磁性隨著線徑的縮小而增加,本實驗中溫度與電阻行為隨著尺寸縮小而不同於塊材的結果,與文獻所提出的結果相類似。
英文摘要 Porous anodic aluminum oxide (AAO) films were synthesized from high purity (99.995%) aluminum foils. Different pore sizes were obtained by adjusting applied voltage and reaction time. The products were then used as templates for fabricating indium nanowires of 30, 60 and 200 nm in diameter by chemical electro-deposition method. Magnetic and electrical properties of the superconductor indium nanowires were measured using a superconducting quantum interference device magnetometer and a physical properties measurement system. Experimental results show different electrical resistivity behavior in one-dimensional nanowires from that of bulk indium. Unexpected resistivity increase with decreasing temperature prevails below the superconducting transition temperature Tc in 60 and 200 nm, but not in 30-nm wire. Similar results have been reported by Zgirski et al. and by Vodolazov et al. Just as surprising is the observation in the 30-nm but not 60- and 200-nm wire that, below Tc and between approximately 500 and 1500 μA for, a non-zero voltage decreases with increasing current. The origins of these results are yet to be identified.
論文目次 致謝 ……………………………………………………………… Ⅰ
中文摘要 ………………………………………………………… Ⅱ
英文摘要 ………………………………………………………… Ⅲ
目錄 ……………………………………………………………… Ⅳ
圖目錄 …………………………………………………………… Ⅵ
表目錄 …………………………………………………………… Ⅸ
第一章 導論 ………………………………………………………… 1
1-0研究動機 …………………………………………………… 1
1-1一維奈米材料簡介 ………………………………………… 3
1-2奈米線成長法簡介 ………………………………………… 4
1-3超導體特性簡介 …………………………………………… 6
第二章 基礎理論 …………………………………………………… 9
2-1超導體的電動力學 ………………………………………… 9
2-2超導體的微觀理論 …………………………………………13
2-3磁性基本原理 ………………………………………………17
第三章 樣品製作 ……………………………………………………22
3-1陽極氧化鋁(AAO)製作 …………………………………… 22
3-2電化學沉績法(electrodeposition method)成長奈米線
……30
第四章 實驗裝置與量測系統 ………………………………………33
4-1X-光繞射(X-ray Diffraction , XRD)………………… 33
4-2掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy ,
SEM) 35
4-3磁性量測系統(Magnetic Properties Measurement
System ,MPMS) …………………………………………… 38
4-4物理性質量測系統(Physical Property Measurement System ,
PPMS) ……………………………………………………… 41
第五章 結果與討論 ……………………………………………… 44
5-1XRD實驗結果 …………………………………………… 44
5-2SEM實驗結果 …………………………………………… 47
5-3PPMS實驗結果 …………………………………………… 52
5-4SQUID實驗結果 ………………………………………… 60
結論 ……………………………………………………………… 63
參考文獻 ………………………………………………………… 64
圖目錄
【圖1-0.1】錫奈米線電性行為 …………………………………  2
【圖1-0.2】鋁奈米線電性行為 ………………………………… 2
【圖1-3.1】超導體的零電阻現象 ………………………………   8
【圖1-3.2】超導體的麥斯納效應 ……………………………… 8
【圖2-1.1】磁場以指數衰減方式進入超導體 …………………  12
【圖2-1.2】Frohlich的電子聲子交互作用模 ……………  14
【圖2-3.1】順磁性磁化率倒數、磁化強度與溫度之關係圖 … 18
【圖2-3.2】鐵磁性物質的磁區結構示意圖 …………………   19
【圖2-3.3】磁滯曲線示意圖 ……………………………………   20
【圖2-3.4】鐵磁性磁化率倒數、磁化強度與溫度之關係圖 … 20
【圖2-3.5】反鐵磁性之排列方式及磁化率與溫度的關係圖 …  21
【圖3-1.1】 陽極氧化鋁膜製作流程 (a) 純鋁試片之清洗與電解拋光 (b) 一次陽極處理 (c) 移除氧化鋁 (d) 二次陽極處理 (e) 移除鋁基材 (f) 移除阻障層 (g)擴孔 ……… 22
【圖3-1.2】電解拋光實驗架構圖 ………………………………  24
【圖3-1.3】電解拋光反應示意 ………………………………… 24
【圖3-1.4】一次陽極處理與二次陽極處理實驗 ………………  25
【圖3-1.5】孔徑60 nm 多孔洞陽極氧化鋁膜版 ……………… 27
【圖3-1.6】孔徑200 nmAAO (左)和孔徑60 nmAAO (右)表面… 29
【圖3-2.1】電沉積成長奈米線示意圖 …………………………  31
【圖3-2.2】化學電沉基實驗架構圖 ………………………………  31
【圖4-1.1】X-ray繞射示意圖 …………………………………… 33
【圖4-1.2】掃描式電子顯微鏡SEM構造簡圖 ………………… 35
【圖4-3.1】超導量子干涉儀(SQUID)外部結構示意圖 ……… 39
【圖4-3.2】超導量子干涉儀(SQUID)內部結構示意圖 ………… 40
【圖4-4.1】於AAO模板內的奈米線電性量測法 ……………… 41
【圖4-4.2】PPMS樣品座 …………………………………… 42
【圖4-4.3】Sample Tube外觀示意圖 ………………………… 43
【圖5-1.1】不同線徑大小銦奈米線XRD數據結果 ……………  45
【圖5-1.2】元素銦的tetragonal結構XRD結果文獻圖 …………  45
【圖5-1.3】銦奈米線XRD半高寬隨線徑縮小而變寬 ………… 46
【圖5-2.1】AAO模板側視圖確認銦奈米線成長出 ………… 48
【圖5-2.2】線徑200 nm銦奈米線側視圖 …………………… 48
【圖5-2.3】線徑200 nm銦奈米線EDS成分分析 ………………  49
【圖5-2.4】線徑60 nm銦奈米線側視圖 …………………… 49
【圖5-2.5】線徑60 nm銦奈米線EDS成分分析 ……………  50
【圖5-2.6】線徑30 nm銦奈米線側視圖 ……………………  50
【圖5-2.7】線徑30 nm銦奈米線EDS成分分析 …………… 51
【圖5-3.1】線徑200 nm銦奈米線不同電流下的R-T 圖 ……  53
【圖5-3.2】線徑60 nm銦奈米線不同電流下的R-T 圖 ……  53
【圖5-3.3】線徑30 nm銦奈米線不同電流下的R-T 圖 ……… 54
【圖5-3.4】線徑200 nm銦奈米線不同外加磁場R-T 圖 ……… 55
【圖5-3.5】線徑60 nm銦奈米線不同外加磁場R-T 圖 ……… 55
【圖5-3.6】線徑30 nm銦奈米線不同外加磁場R-T 圖 ……… 56
【圖5-3.7】線徑200 nm銦奈米線I-V 圖 ……………………… 57
【圖5-3.8】線徑60 nm銦奈米線I-V 圖 ……………………  58
【圖5-3.9】線徑30 nm銦奈米線I-V 圖 ………………………  58
【圖5-4.1】銦塊材M-T 圖 ………………………………………  60
【圖5-4.2】線徑200 nm銦奈米線M-T 圖 …………………… 60
【圖5-4.3】線徑60 nm銦奈米線M-T 圖 ………………………  61
【圖5-4.4】線徑30 nm銦奈米線M-T 圖 ………………………  61
表目錄

【表3-1.1】陽極氧化鋁規格表 …………………………………   2
【表3-2.1】電鍍液藥品成分表 ………………………………… 2
【表4-2.1】掃描式電子顯微鏡SEM電子槍比較表 ……………   8


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