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系統識別號 U0002-2701201003360800
中文論文名稱 La2-xSrxNiO4的方向性傳輸行為研究
英文論文名稱 Study of the orientation dependence on the transport behavior of La2-xSrxNiO4
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 98
學期 1
出版年 99
研究生中文姓名 張志維
研究生英文姓名 Chih-Wei Chang
學號 696210425
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-01-15
論文頁數 106頁
口試委員 指導教授-杜昭宏
委員-林大欽
委員-林昭吟
中文關鍵字 La2-xSrxNiO4  傳輸行為  電荷條紋 
英文關鍵字 La2-xSrxNiO4  transport behavior  charge stripe 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 本研究主要是利用X-光散射來測定單晶樣品La1.67Sr0.33NiO4與La1.6Sr0.4NiO4 (LSN) 的晶相及軸向,並使用電性量測分析的方式觀察在此系統中由電荷條紋(charge stripe)所引起的非線性傳輸行為與晶軸的關係,並討論在摻雜量不同時會有何差異。我們主要以電阻-溫度的關係圖(R-T)和電壓-電流曲線(V-I curves)與電流-電壓曲線(I-V curves)等三種曲線來進行數據分析,並藉由量測典型電荷密度波(CDW)系統K0.3MoO3來做為與LSN比較之依據。
從Sr摻雜量不同的兩塊樣品所量測的R-T圖中,不僅觀察到電荷有序排列(charge ordering)的相變溫度點TCO不同,也從不同方向的量測中發現,沿著L方向測量到的電阻率會高於垂直L方向,並從I-V 與V-I curves的量測中發現LSN單晶具有非線性的傳輸行為與記憶效應之特性。我們也發現,改變量測電流的step (DI),會影響測量之臨界電流值IC;而改變量測電壓的step (DV),不僅會影響臨界電壓值VT, 且其曲線會隨著step變小而越sharp。
英文摘要 Using x-ray scattering and conductivity measurements, we studied the correlation between the non-linear transport behavior caused by charge stripes and the crystallographic axes in La1.67Sr0.33NiO4 and La1.6Sr0.4NiO4 (LSN). We measured the I-V, V-I curves and the R-T diagrams of both crystals, and compared with with the data obtained from a conventional CDW (charge density wave) material K0.3MoO3.
According to the R-T diagrams of two different compositions, we observed the different transition temperatures (TCO) for charge ordering, and the larger resistivity along L direction than that along the H or K directions. From the I-V and V-I curves, we observed the non-linear transport behavior and the switching effect that can be ascribed to be caused by domains. Finally, we also discovered that threshold values of (VT) and (IT) can be changed by applying the different current and voltage steps.
論文目次 目錄
一、簡介 -----------------------------------------1
1-1 X-ray簡介 ---------------------------- 1
1-2 布拉格定律(Bragg’s Law) ---------------- 3
1-3 倒晶格空間 ----------------------------5
1-4 晶體體系 ------------------------------8

二、低維系統的傳輸為 ---------------------------11
2-1 一維電子氣體(One-dimension electron gas) --11
2-2 皮爾斯相變(Periels transition) ------------ 16
2-3 電荷密度波 (Charge density wave) -------- 19
2-4 電荷條紋(Charge stripe) ----------------- 20
2-5 傳輸行為(Transport behavior) -------------22

三、樣品、實驗儀器及實驗方法的介紹 -----------28
3-1 樣品介紹 -----------------------------28
3-2 實驗儀器介紹 -------------------------32
3-3 實驗方法 -----------------------------37

四、實驗數據分析與討論 ------------------------42
4-1 典型的電荷密度波(CDW)材料:K0.3MO3 -- 42 4-2 電性量測 -----------------------------56
4-3 電性分析 -----------------------------59

五、結論 --------------------------------------- 102

圖表目錄
圖(1-1-1) 陰極射線管示意圖。 ------------------------------2
圖(1-2-1) 布拉格繞射(Bragg Diffraction)示意圖。 --------------4
圖(1-2-2) 建設性干涉。 ------------------------------------4
圖(1-2-3) 破壞性干涉。 ------------------------------------4
圖(1-3-1) 實空間(real space)中X-光繞射之條件。 --------------7
圖(1-3-2) 倒晶格空間(reciprocal space)中X-光繞射之條件。 -----7
圖(1-4-1) 14 種Bravais lattices。 -----------------------------10
圖(2-1-1) 當T=0K ,在一維、二維和三維系統下的(q)與q 值得關
係圖。 -----------------------------------------15

圖(2-1-2) 在一維、二維和三維系統下的費米面,圖中箭頭所代表的
是,q=2kF 的電子電洞配對情形。 -----------------15
圖(2-2-1) 一維線性金屬系統在正常狀態下,原子間的等距分布與電
子分布。 ---------------------------------------18
圖(2-2-1) 一維線性金屬系統在正常狀態下,原子間的等距分布與電
子分布。 ---------------------------------------18
圖(2-4-1) 在二維基本導體中,電荷條紋(charge stripe)的類型。 -- 21
圖(2-5-1) 雜質周圍密度波的相位調變示意圖。 ---------------23
圖(2-5-2) 外加電流小於臨界電流。 -------------------------24

圖(2-5-3) 外加電流大於臨界電流。 -------------------------24
圖(2-5-4) 電荷密度波滑動之機制。 -------------------------26
圖(2-5-5) T < TP時,不同材料特性的V-I curve量測。 ------------27
圖(3-1-1) La2-xSrxNiO4 的unit cell 為一個orthorhombic 的結構 ,
紅色區域為傳導層、藍色區域為絕緣層。 ------------29
圖(3-1-2) 六個氧原子圍繞在一個鎳原子周圍,形成一個
Perovskite 結構。 --------------------------------30
圖(3-1-3) La2-xSrxNiO4 樣品在a - b 平面上隨著溫度的下降,可以由
(a)、(b)、(c)三個階段中看出其電荷與電子自旋的排列情
形。 -------------------------------------------31
圖(3-2-1) 四環繞射儀裝置圖。 -----------------------------35
圖(3-2-2) 實驗裝置示意圖。 -------------------------------35
圖(3-2-3) Keithley Model 6430 sub-fA 電源電表的量測範圍。 ----36
圖(3-3-1) 將利用白金線(Pt wire)做好接腳的樣品放置在銅座
(holder)上之示意圖。 ----------------------------38
圖(3-3-2) 兩點量測接法。 ---------------------------------40
圖(3-3-3) 四點量測接法。 ---------------------------------40
圖(3-3-4) 給電流(I)量測電壓(V) (I-V curve)。------------------41
圖(3-3-5) 給電壓(V)量測電流(I) (V-I curve)。------------------41


圖(4-1-1) K0.3MoO3 電阻對溫度(R-T)的關係圖。 ---------------43
圖(4-1-2a) K0.3MoO3 各個溫度點的I-V curves 量測。 -----------44
圖(4-1-2b) K0.3MoO3 各個溫度點的I-V curves 量測。 -----------45
圖(4-1-2c) K0.3MoO3 各個溫度點的I-V curves 量測。 -----------46
圖(4-1-3) K0.3MoO3 各個溫度點所量的I-V curves 之比較圖。 ----47
圖(4-1-4) K0.3MoO3 的I-V isotherms。 -----------------------47
圖(4-1-5a) K0.3MoO3 各個溫度點的V-I curves 量測。 -----------48
圖(4-1-5b) K0.3MoO3 各個溫度點的V-I curves 量測。 -----------49
圖(4-1-5c) K0.3MoO3 各個溫度點的V-I curves 量測。 -----------50
圖(4-1-6) K0.3MoO3 各個溫度點所量的V-I curves 之比較圖。 ----51
圖(4-1-7a) K0.3MoO3Ⅰ-Ⅲ象限的V-I curves 量測。 -------------52
圖(4-1-7b) K0.3MoO3Ⅰ-Ⅲ象限的V-I curves 量測。 -------------53
圖(4-1-7c) K0.3MoO3Ⅰ-Ⅲ象限的V-I curves 量測。 -------------54
圖(4-1-8) K0.3MoO3Ⅰ-Ⅲ象限V-I curves 繪出的peak 比較圖 。
-----------------------------------------------55
圖(4-2-1) La1.67Sr0.33NiO4 電阻率對溫度(R-T)的關係圖。 -------58
圖(4-2-2) La1.6Sr0.4NiO4 電阻率對溫度(R-T)的關係圖。 ---------58
圖(4-3-1a) La1.67Sr0.33NiO4沿著K軸的I-V curves 量測。 ---------62
圖(4-3-1b) La1.67Sr0.33NiO4沿著K軸的I-V curves 量測。 ---------63


圖(4-3-1c) La1.67Sr0.33NiO4沿著K軸的I-V curves 量測。 ---------64
圖(4-3-2a) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的Ⅰ-Ⅲ象限I-V curves 量測 。
----------------------------------------------65
圖(4-3-2b) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的Ⅰ-Ⅲ象限I-V curves 量測 。
----------------------------------------------66
圖(4-3-3) La1.67Sr0.33NiO4 各個溫度點沿著K 軸所量測的I-V
curves 之比較圖。 -------------------------------67
圖(4-3-4) La1.67Sr0.33NiO4沿著K軸所量測的I-V isotherms。 ------68
圖(4-3-5a) La1.67Sr0.33NiO4 沿著L 軸的I-V curves 量測。 ---------69
圖(4-3-5b) La1.67Sr0.33NiO4 沿著L 軸的I-V curves 量測。 ---------70
圖(4-3-6) La1.67Sr0.33NiO4 各個溫度點沿著L 軸所量測的I-V curves
之比較圖。 -------------------------------------71
圖(4-3-7) La1.67Sr0.33NiO4沿著L 軸所量測的I-V isotherms。 ------71
圖(4-3-8a) La1.6Sr0.4NiO4 沿著H軸的I-V curves 量測。 ----------72
圖(4-3-8b) La1.6Sr0.4NiO4 沿著H軸的I-V curves 量測。 ----------73
圖(4-3-9) La1.6Sr0.4NiO4 各個溫度點沿著H 軸所量測的I-V curves
之比較圖。 -------------------------------------74
圖(4-3-10) La1.6Sr0.4NiO4沿著H軸所量測的I-V isotherms。 ------74
圖(4-3-11a) La1.6Sr0.4NiO4 沿著L 軸的I-V curves 量測。 ---------75

圖(4-3-11b) La1.6Sr0.4NiO4 沿著L 軸的I-V curves 量測。 ---------76
圖(4-3-12) La1.6Sr0.4NiO4 各個溫度點沿著L 軸所量測的I-V curves
之比較圖。 ------------------------------------77
圖(4-3-13) La1.6Sr0.4NiO4 沿著L 軸所量測的I-V isotherms。 ------77
圖(4-3-14a) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的V-I curves 量測。 --------80
圖(4-3-14b) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的V-I curves 量測。 --------81
圖(4-3-14c) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的V-I curves 量測。 --------82
圖(4-3-15a) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的Ⅰ-Ⅲ象限V-I curves 量測。
---------------------------------------------83
圖(4-3-15b) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸的Ⅰ-Ⅲ象限V-I curves 量測。
---------------------------------------------84
圖(4-3-16) La1.67Sr0.33NiO4 各個溫度點沿著K 軸所量測的I-V curves
之比較圖。 ------------------------------------85
圖(4-3-17a) La1.67Sr0.33NiO4 沿著L 軸的V-I curves 量測。 --------86
圖(4-3-17b) La1.67Sr0.33NiO4 沿著L 軸的V-I curves 量測。 --------87
圖(4-3-18) La1.67Sr0.33NiO4 各個溫度點沿著L 軸所量測的V-I curves
之比較圖。 ------------------------------------88
圖(4-3-19) La1.67Sr0.33NiO4沿著L 軸所量測的V-I isotherms。 -----88
圖(4-3-20a) La1.6Sr0.4NiO4 沿著H 軸的V-I curves 量測。 ---------89

圖(4-3-20b) La1.6Sr0.4NiO4 沿著H 軸的V-I curves 量測。 ---------90
圖(4-3-21) La1.6Sr0.4NiO4 各個溫度點沿著H 軸所量測的V-I curves
之比較圖。 ------------------------------------91
圖(4-3-22) La1.6Sr0.4NiO4沿著H軸所量測的V-I isotherms。 ------91
圖(4-3-23a) La1.6Sr0.4NiO4 沿著L 軸的V-I curves 量測。 ---------92
圖(4-3-23b) La1.6Sr0.4NiO4 沿著L 軸的V-I curves 量測。 ---------93
圖(4-3-24) La1.6Sr0.4NiO4 各個溫度點沿著L 軸所量測的V-I curves
之比較圖。 ------------------------------------94
圖(4-3-25) La1.67Sr0.33NiO4 沿著K 軸與L 軸的臨界電壓值比較圖。
----------------------------------------------95
圖(4-3-26) La1.6Sr0.4NiO4 沿著H 軸與L 軸的臨界電壓值比較圖。
----------------------------------------------95
圖(4-3-27) La1.67Sr0.33NiO4 在定溫下(T < TP),累加至不同範圍電流值
的比較圖。 ------------------------------------98
圖(4-3-28) La1.67Sr0.33NiO4 在定溫下(T < TP),累加至不同範圍電壓值
的比較圖。 ------------------------------------98
圖(4-3-29) La1.6Sr0.4NiO4 在定溫下(T < TP),累加至不同範圍電流值
的比較圖。 ------------------------------------99

圖(4-3-30) La1.67Sr0.33NiO4 在定溫下(T < TP),給不同電壓step 的比
較圖。 ----------------------------------------99
圖(4-3-31) La1.6Sr0.4NiO4 在T = 70K,給不同電壓step 的比較圖。
---------------------------------------------100
圖(4-3-32) La1.6Sr0.4NiO4 在T = 100K,給不同電壓step 的比較圖。
---------------------------------------------100
圖(4-3-33) La1.6Sr0.4NiO4 在T = 130K,給不同電壓step 的比較圖。
---------------------------------------------101
圖(4-3-34) La1.6Sr0.4NiO4 在定溫下(T < TP),給不同電流step 的比較
圖。 -----------------------------------------101
表(1.1) 七大晶格體系。 ------------------------------------9
表(3.1) Keithley Model 6430 sub-fA 電源電表的量測範圍。 ------36


參考文獻 參考文獻
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