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5 ML Co/Graphene/ Ir (111) 升溫實驗

5 ML Co/Graphene/ Ir (111) 升溫實驗. 校外指導教授：蔡志申 教授 校外指導老師： 謝振源 學長 校內指導老師：傅思平 老師 實驗生：顧揚清. 關鍵詞解釋. ML: Monolayer, 及原子層 Co: 全名為 Cobalt , 即「鈷」 Graphene: 縮寫為 G , 即「石墨烯」 Ir (111): 全名為 Iridium , 及「銥」 , (111) 是晶格排列的方式 垂直磁異向性 磁紀錄媒體. 5ML Co. 1ML Graphene.

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5 ML Co/Graphene/ Ir (111) 升溫實驗

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Presentation Transcript

  1. 5 ML Co/Graphene/Ir(111)升溫實驗 校外指導教授：蔡志申 教授 校外指導老師：謝振源 學長 校內指導老師：傅思平 老師 實驗生：顧揚清

  2. 關鍵詞解釋 • ML:Monolayer, 及原子層 • Co:全名為Cobalt ,即「鈷」 • Graphene: 縮寫為G ,即「石墨烯」 • Ir(111): 全名為Iridium ,及「銥」,(111)是晶格排列的方式 • 垂直磁異向性 • 磁紀錄媒體 5ML Co 1ML Graphene Ir(111)基底

  3. 目錄 摘要 動機 儀器 實驗過程 結論 心得

  4. 摘要 為了達到最高磁紀錄密度，我們以5 ML Co/Graph- ene/Ir(111)進行升溫實驗(300~900K)，以期出現垂直磁 異向性出現，而最後在900K時慢慢產生了1*1的長程有 序結構，進而出現垂直磁異向性。

  5. 目錄 摘要 動機 儀器 實驗過程 結論 心得

  6. 動機 • 3C產業 • 小體積、大容量 • 高磁紀錄媒體材料 • 最大化磁紀錄密度 • 垂直磁化方向 • Graphene • 材料結構&能帶結構

  7. 目錄 摘要 動機 儀器 實驗過程 結論 心得

  8. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  9. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  10. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  11. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  12. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  13. 儀器介紹 • 超高真空裝置 (Ultrahigh Vacuum machine, UHV) • 歐傑電子能譜儀 (Auger electron spectroscopy, AES ) • 低能量電子繞射 (Low-energy electron diffraction,LEED) • 表面磁光柯爾效應 (Surface Magneto-Optic Kerr Effect, SMOKE） • 濺鍍機 (Sputtering) • 電子束蒸鍍機 (Electron Beam Evaporation, EBE)

  14. 超高真空裝置(UHV) 本實驗室的超高真空裝置腔體

  15. 歐傑電子能譜儀(AES) 微分圖 原始圖

  16. 低能量電子繞射(LEED) • 起源 • 原理 • 低能量電子 • 穿透度 • 檢視樣品表 面的排列和對稱性 對稱性

  17. Lattice (晶格)

  18. Surface Magneto-Optical Kerr Effect, SMOKE • 磁性變化 • 雷射 • 磁性物質 • 柯爾旋轉角 • 磁滯曲線 M Mr M

  19. Sputtering • 清理樣品 • 惰性氣體(Ar) • Ar離子

  20. 樣品清理示意圖

  21. Electron Beam Evaporation • 鍍鈷(Co)5 ML • 鍍源 • 坩鍋 • FLUX/min. 蒸鍍Co-5 ML的波峰

  22. -- Co -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- Co 蒸鍍Co示意圖

  23. 目錄 摘要 動機 儀器 實驗過程 結論 心得

  24. 實驗過程 • 配方 • 製備方法 • 過程 • 討論 5ML Co 1ML Graphene Ir(111)基底

  25. 配方 • 基底Ir(111) (Iridium) • G*1 ML (Graphene) • Co*5 ML (Cobalt)

  26. 製備方法 • 清理樣品 • 加熱(900K) • 通入乙烯(Ethylene, C2H4) • 蒸鍍Co*5 ML • 加熱(300~900 K)

  27. 過程 • 每50 K為一個紀錄點 • AES, LEED, SMOKE • 元素，鍵結 • 表面結構 • 磁性

  28. 討論 不同溫度下的歐傑電子圖疊圖

  29. 討論 不同溫度下Co775和G272的訊號比較

  30. 結論 • 沒有出現新的電子峰，沒有新的元素產生 • 波峰未偏移，推估並沒有新的鍵結產生 • G訊號被遮蔽而稍微下降了一些 • 以上結論證明了樣品並沒有出現非預期的變化，對整體實驗來講是好的結果

  31. Pure Ir ( 111 )

  32. Graphene的LEED(並未鍍Co) 正面照 00Beam

  33. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (300K) 正面照 00Beam 300K時Co*5ML並無形成規律結構

  34. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (350K) 正面照 00Beam

  35. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (400K) 正面照 00Beam

  36. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (450K) 正面照 00Beam

  37. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (500K) 正面照 00Beam 500K時，中央出現00beam

  38. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (550K) 正面照 00Beam

  39. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (600K) 正面照 00Beam

  40. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (650K) 正面照 00Beam

  41. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (700K) 正面照 00Beam

  42. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (750K) 正面照 00Beam

  43. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (800K) 正面照 00Beam

  44. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (850K) 正面照 00Beam

  45. Co 5 ML / Graphene / Ir (111)的LEED圖 (900K) 正面照 00Beam 900K後，看到明顯1*1的繞射亮紋 Co出現有序結構

  46. 結論 • 鍍上Co*5ML以後，Graphene的亮點消失 • 300K時Co*5ML並無形成規律結構 • 500K時，中央出現00beam • 900K後，看到明顯1*1的繞射亮紋 • Co出現有序結構

  47. 一系列的L-MOKE

  48. 一系列的P-MOKE

  49. L P

  50. 結論 • 未進行升溫時，L方向為磁化易軸 • 500K~550K左右，磁易軸開始轉向P方向，產生自旋方向重排(Spin-reorientation Transi- tion, SRT) • 推估一開始5ML的Co是比較偏塊材的磁性，由於升溫產生1*1的長程有序結構，導致出現垂直磁異向性(Perpendicular Magnetic Aniso-tropy, PMA)發生 • (理論上)成功擴大了磁紀錄密度

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