本論文利用X光散射與變溫量測實驗方法來研究IrTe2的電荷調制結構相變，IrTe2經由電性量測在 T≈280 K，會有一相變化，且伴隨此相變化的是其晶體結構從室溫的trigonal結構，轉變為低溫相的triclinic。使用X-光散射實驗，我們發現在此相變溫度有一調制結構的產生，此調制結構的波向量為q=1/5(1 ,0 ,-1)，針對此波向量進行變溫量測，觀察到其結構的相變化為一階相變，經由升溫與降溫量測，也觀察到此相變化的遲滯現象，及遲滯寬度約為3 K。而在磁性量測中，發現與溫度無關的抗磁性在降溫過程中溫度約為275 K時磁化率會急遽的下降，導致更多的抗磁性的行為，且在相變溫度時有熱滯現象的發生，與X光散射強度對溫度的變化一致。經由此一研究，我們了解到IrTe2在T~280K的電性與磁性的相變，是由於晶格的形變所產生的。

We study the phase transition of the single crystal IrTe2 using x-ray scattering. IrTe2 undergoes a metal-insulator transition and a sharp diamagnetic transition at T~280 K, while the crystal structure changes from the trigonal to triclinic phase. Using x-ray scattering, we observed that a modulated structure accompanies with this structural transition. This modulated structure possesses a modulated q-wavevector q ⃑=1/5 (1 ,0 ,-1). By the means of the temperature dependent measurements, including cooling and warming processes, this modulation shows a first-order transition with a hysteresis width of about 3 K. Measurement on the Bragg reflection also shows the similar behavior.  Through this study, we demonstrate that the non-linear transport behavior at T~280 K is coupled with the charge modulation.

目錄
序論	1
第一章	X光介紹與基本理論	3
1-1	X-ray 簡介	3
1-2	同步輻射介紹	4
1-3	布拉格繞射定律(Bragg Law)	8
1-4	晶體體系	11
1-5	倒晶格 (Reciprocal Lattice)	15
第二章	電荷調制與抗磁性現象簡介	17
2-1	電荷密度波(Charge Density Wave)	17
2-2	電荷有序(Charge Ordering)與軌域有序(Orbital Ordering)	19
2-3	抗磁性(Diamagnetism)	20
第三章	樣品IrTe2的簡介	24
3-1	IrTe2之製程	24
3-2	IrTe2之結構	25
3-3	IrTe2的物理特性	28
第四章	實驗儀器與方法	33
4-1	In-house四環繞射儀	33
4-2	超導增頻磁鐵BL07光束線	34
4-3	八環繞射儀	36
4-4	低溫系統	38
4-5	實驗方法與步驟	43
第五章	實驗數據與分析	47
5-1	擬合函數	47
5-2	電荷調制結構波向量與溫度變化之分析	52
5-2-1	調制結構波向量 (Q_co ) ⃑(0.2,0,4.2)	52
5-2-2	調制結構波向量 (Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)	56
5-3	布拉格繞射峰與溫度變化之分析	64
5-4	磁性量測之分析	75
5-5	電荷調制波向量q=1/8 相，低溫第二相變點T_S	76
第六章	結論	83
參考文獻	85

圖表目錄
圖 1-1 1：陰極射線管示意圖。	3
圖 1-2 1：同步輻射光示意圖。	5
圖 1-2 2：國家同步輻射研究中心之加速器原理。	6
圖 1-2 3：增頻磁鐵(Wiggler)發光機制。	6
圖 1-2 4：聚頻磁鐵(Undulator)發光機制。	7
圖 1-2 5：同步輻射光之電磁波譜。	8
圖 1-3 1：布拉格繞射示意圖。	10
圖 1-3 2：建設性干涉示意圖。	10
圖 1-3 3：破壞性干涉示意圖。	11
圖 1-4 1：單位晶胞(Unit cell)。	12
圖 1-4 2：十四種單位晶胞。	13
圖 2-1 1：正常狀態下的一維線性金屬。	18
圖 2-1 2：皮爾斯(Peierls)預測之一維線性金屬。	18
圖 2-3 1：抗磁性、順磁性、鐵磁性、反磁性之磁矩排列示意圖。	22
圖 2-3 2：反磁性物質和順磁性物質的磁化率特性圖。	23
圖 3-1 1：樣品IrTe2單晶。	24
圖 3-2 1：室溫下IrTe2結構圖。	26
圖 3-2 2：室溫下IrTe2之ab平面結構圖。	26
圖 3-2 3：IrTe6八面體結構。	27
圖 3-2 4：T=220 K下IrTe2結構圖綠色較大的球為Ir原子，灰色的球為Te原子。	27
圖 3-3 1：Ir的5d t2g 軌域電子組態分布。	29
圖 3-3 2：Ir形成的三角形晶格(triangular lattice)在5d t2g 軌域的示意圖。	29
圖 3-3 3：磁化率量測。	30
圖 3-3 4：(a) IrTe2電阻率對溫度變化量測，(b) STM影像。	32
圖 3-3 5：高品質單晶IrTe2與多晶IrTe2之電性量測比較。	32
圖 4-1 1：四環繞射儀。	34
圖 4-2 1：光束線元件示意圖。	35
圖 4-3 1：同步輻射光從出光口至偵測端示意圖。	37
圖 4-3 2：同步輻射光從出光口至八環繞射儀間之元件圖。	38
圖 4-4 1：Cryostat (ARS DE-202G)。	40
圖 4-4 2：Cryostat carrier。	40
圖 4-4 3：Turbo-真空幫浦。	41
圖 4-4 4：氦氣壓縮機(compressor)。	41
圖 4-4 5：溫控器(Lakeshore model 331)。	42
圖 4-4 6：鈹窗。	42
圖 4-5 1：望遠鏡。	44
圖 4-5 2：針尖與角向器。	44
圖 4-5 3：鉑衰減片之吸收光譜圖，於L3-edge上做能量校正。	46
圖 4-5 4：有無分光儀之比較。	46
圖 5-1 1：Gaussian line shape示意圖。	49
圖 5-1 2：Lorentzian line 示意圖。	49
圖 5-1 3：Bragg peak以Gaussian function擬合之結果。	51
圖 5-1 4：Superlattice peak以Lorentzian function擬合之結果。	51
圖 5-2 1：波向量(Q_co ) ⃑(0.2,0,4.2)的積分強度(Integrated intensity)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色三角形為降溫過程。	53
圖 5-2 2：波向量(Q_co ) ⃑(0.2,0,4.2)的半高寬(FWHM)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色三角形為降溫過程。	53
圖 5-2 3：波向量(Q_co ) ⃑(0.2,0,4.2)的2θ位置隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色三角形為降溫過程。	54
圖 5-2 4：調制結構波向量(Q_co ) ⃑(0.2,0,4.2)之積分強度、半高寬及位置分別隨溫度變化。黑色實心球為升溫過程，紅色三角形為降溫過程；黑色虛線為升溫相變溫度點，紅色虛線為降溫相變溫度點。	55
圖 5-2 5：沿著倒晶格空間L方向觀察波向量(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)的積分強度(Integrated intensity)與半高寬(FWHM)隨著溫度的變化。 黑色實心球為積分強度，藍色三角形為半高寬。	57
圖 5-2 6：T=250 K、T=282.3 K及T=290 K沿著th2th方向掃描與擬合結果。實心球為歸一化強度，紅色線為使用Lorentzian function擬合之結果。	58
圖 5-2 7：波向量(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)的積分強度(Integrated intensity)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色星號為降溫過程。	59
圖 5-2 8：波向量(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)的半高寬(FWHM)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色星號為降溫過程。	60
圖 5-2 9：波向量(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)的2θ位置隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，紅色星號為降溫過程。	60
圖 5-2 10：(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)在低溫250 K與高溫300 K之強度比較圖。	61
圖 5-2 11：調制結構波向量(Q_co ) ⃑(0.8,0,3.2)之積分強度、半高寬及位置分別隨溫度變化。黑色實心球為升溫過程，紅色星號為降溫過程；黑色虛線為升溫相變溫度點，紅色虛線為降溫相變溫度點。	63
圖 5-3 1：在溫度T=250 K，沿著倒晶格空間H、K、L三個方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)做掃描。黑色實心球為實驗數據，紅色實驗為擬合結果。(a)倒晶格空間H方向，(b)倒晶格空間K方向，(c)倒晶格空間L方向。	65
圖 5-3 2：沿著倒晶格空間L方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)的積分強度(Integrated intensity)與半高寬(FWHM)隨著溫度的變化。 黑色實心球為積分強度，藍色三角形為半高寬。	66
圖 5-3 3：沿著倒晶格空間H、K、L三個方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)積分強度(Integrated intensity)隨溫度變化(升溫)之比較。黑色實心球為H-scan，紅色星號為K-scan，藍色三角形為L-scan。	68
圖 5-3 4：沿著倒晶格空間H、K、L三個方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)半高寬(FWHM)隨溫度變化(升溫)之比較。黑色實心球為H-scan，紅色星號為K-scan，藍色三角形為L-scan。	68
圖 5-3 5：沿著倒晶格空間H、K、L三個方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)積分強度(Integrated intensity)隨溫度變化(降溫)之比較。黑色實心球為H-scan，紅色星號為K-scan，藍色三角形為L-scan。	69
圖 5-3 6：沿著倒晶格空間H、K、L三個方向觀察布拉格繞射峰(1,0,3)半高寬(FWHM)隨溫度變化(降溫)之比較。黑色實心球為H-scan，紅色星號為K-scan，藍色三角形為L-scan。	69
圖 5-3 7：布拉格繞射峰(1,0,3)的積分強度(Integrated intensity)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，藍色三角形為降溫過程。	70
圖 5-3 8：布拉格繞射峰(1,0,3)的半高寬(FWHM)隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，藍色三角形為降溫過程。	71
圖 5-3 9：布拉格繞射峰(1,0,3)的2θ位置隨著溫度的變化。黑色實心球為升溫過程，藍色三角形為降溫過程。	71
圖 5-3 10：布拉格繞射峰(1,0,3)在低溫與高溫部分的強度之比較。	72
圖 5-3 11：布拉格繞射峰(1,0,3)沿著th2th方向掃描之積分強度、半高寬及位置分別隨溫度變化。黑色實心球為升溫過程，藍色三角形為降溫過程；黑色虛線為升溫相變溫度點，藍色虛線為降溫相變溫度點。	74
圖 5-4 1：IrTe2磁性量測，外加磁場B=1T，垂直c軸量測。	76
圖 5-5 1：T=140 K布拉格繞射峰(0,1,4)附近之mesh圖。	78
圖 5-5 2：T=140 K布拉格繞射峰(-1,0,3)附近的mesh圖。	78
圖 5-5 3：T=140 K布拉格繞射峰(-1,0,4)沿著HL方向之掃描 (a) mesh圖，(b) 3D圖示意圖。	79
圖 5-5 4：T=180 K布拉格繞射峰(-1,0,4)HL方向之掃描 (a) mesh圖，(b) 3D圖示意圖。	80
圖 5-5 5：T=150 K之image plate圖。	82
圖 5-5 6：T=300 K之image plate圖。	82
表目錄
表 1-4 1：七大晶格體系。	14

參考文獻
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