在之前的研究中發現，由光從45°角入射的MOKE（Magneto-Optical Kerr Effect）
訊號中會因為樣品偏轉的小角度使得樣品表面同時產生perpendicular以
及longitudinal的磁化向量而無法分辨樣品的訊號來自於哪一個磁化方向。為了明確
區分這兩個方向的訊號，此次的研究在訊號的量測上分別架設了45°以及0°入射的
光路進行訊號的確認，而只有longitudinal方向有磁滯曲線，在perpendicular方向
並未量得訊號。
實驗過程中，我們為了能夠量測到訊號較小的磁滯曲線而針對雜訊等級進行改
進，結果約為先前實驗的十倍。若訊號較小且訊雜比較差的情況下，降低雜訊等級
能使我們確定磁滯曲線是否存在。
為了能夠對電流產生的場作定量的分析，我們製作了一金屬線圈試圖量測電流造
成的場對磁滯曲線產生多少偏移量，並通入反向電流修正磁滯曲線的偏移情形。
此外我們曝氧量測磁滯曲線，與真空相比並無太大改變。但是在升溫至300K降
溫後再度量測，發現矯頑磁場的寬度變大，以及對曝氧的樣品通電流，其磁滯曲線
的偏移量小於未曝任何氣體中的真空環境中通入電流於樣品的情形產生。

In our earlier research, we found the MOKE signal incident from 45 degree would
cause perpendicular signal to couple with the longitudinal one. To distinguish
the signal from one to another, we arranged 45 degree and 0 degree optical setup
for the measurement of longitudinal and perpendicular respectively. However,
hysteresis loops are only observed in the longitudinal direction.
To measure smaller signal in our experiment, we reduced the noise level by
one order and thus improved the signal to noise ratio. It’s ten times better then
previous result. Under smaller signal or worse S/N ratio condition, we still
measured the MOKE signal.
In order to quantitatively analyze the current-induced field, we made a metal
coil and try to measure the bias produced by the field. And we injected the
reverse current-induced field, , try to counteract the bias of hysteresis loop which
is induced by sample current.
Besides, we also dosed oxygen on the sample and measured the MOKE signal.
There was no change comparing with which is measured in gas-free condition.
But we found the coercivity became larger after annealing to 300K, and the
current-induced bias in oxygen become smaller.

目錄
1. 簡介1
1.1. 實驗動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. 二極體雷射產生的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3. 電流對於磁滯曲線產生的現象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. 實驗儀器介紹8
2.1. 實驗儀器以及光路架設. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2. 量測MOKE的配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3. 線圈裝置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4. 訊雜比的改進. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.1. 影響訊雜比的因素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.2. Mode-hopping對實驗的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.3. 訊雜比改進前後的差異比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.5. 程式控溫脫附鐵原子所訂定的厚度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5.1. 不同厚度的鐵薄膜脫附的情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6. 實驗流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.1. 鐵薄膜的製備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.2. 量測訊號時的準備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3. 實驗結果與討論17
3.1. 磁光克爾效應量測的結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.1. 在perpendicular方向量測不同厚度的鐵薄膜MOKE訊號. . . 17
3.1.2. longitudinal方向量測不同厚度的鐵薄膜MOKE訊號. . . . . . 17
vii
3.2. 電流對磁場的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.1. 電流造成的磁場偏移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2. 自製線圈通電流產生磁場的結果. . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.3. Fe/W(111)的磁異向性模型之假設與星形線. . . . . . . . . . . 24
3.2.4. Fe/W(111)的磁異向性模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.5. 模擬Fe/W(111)樣品表面所描繪的星形線. . . . . . . . . . . . 26
3.2.6. 電流產生的場對Bias造成的影響與理論計算之比較. . . . . . . 26
3.3. 氣體對於磁性現象的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.1. 氧氣對於磁性的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.2. 電流對於O2/Fe/W(111)產生的影響. . . . . . . . . . . . . . 32
4. 結論34
A. 附錄35
B. 參考文獻41

圖目錄
1.1. 鐵薄膜在鎢（111）表面上Longitudinal方向的MOKE訊號及通入電
流之後造成的變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. 鐵薄膜在鎢（111）表面上perpendicular方向的MOKE訊號及通入電
流所造成的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3. 樣品與外加磁場在非垂直的情形產生了一個小角度，而產生longitudinal方
向的外加場分量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4. 之前量測鐵在鎢表面perpendicular方向的光路配置. . . . . . . . . . 3
1.5. 鐵薄膜在鎢（111）表面在perpendicular方向量測MOKE訊號及旋
轉1.4度所產生的結果，通電流之後亦會產生磁場的bias。〔１〕 . . . 4
1.6. 在輸出功率為2.0mW時，波長的連續變化為0.06nm，mode-hooping的
大小約為0.3nm。（T.A. Heumier and J.L. Carlsten, Application
Note 8, P1, ILXlightwave） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.7. 光電二極體的AC訊號輸出對注入二極體雷射的電流所作圖的結
果（T.A. Heumier and J.L. Carlsten, Application Note 8, P4, ILXlightwave）
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.8. 各個溫度下，注入電流對AC輸出訊號的3D示意圖。（T.A. Heumier
and J.L. Carlsten, Application Note 8, P4, ILXlightwave） . . . . . 7
1.9. 各式各樣的雷射二極體在不同溫度下，注入不同電流所得到的AC訊
號大小，X軸為輸入電流，Y軸為溫度，Z軸為AC訊號大小。（T.A.
Heumier and J.L. Carlsten, Application Note 8, P5, ILXlightwave） 7
2.1. 量測Polar-MOKE的光路架設示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2. 量測longitudinal MOKE的示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3. 量測MOKE時儀器的配置圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4. 線圈在真空系統中的情形，線圈由黃昶翰所製作。. . . . . . . . . . . 11
2.5. 利用保利龍將雷射二極體包覆之後的情形. . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6. 利用保利龍將真空玻璃窗包覆之後的情形. . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.7. 利用保利龍將光電二極體包覆之後的情形. . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8. 鐵薄膜在鎢（111）表面訊雜比改進的比較示意圖，6.5 TML為改進
前，2.1 TML為改進後，彼此的雜訊大小等級差了約十倍。. . . . . . 14
2.9. 不同厚度的鐵薄膜脫附的情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1. 0°入射所量測不同層數的MOKE訊號圖. . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2. 利用VASP計算軟體所假設的情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3. 2TML、5TML、以及6.5TML厚度的鐵在鎢表面上其longitudinal方
向的MOKE訊號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4. 鐵薄膜在鎢(111)表面的層數對矯頑磁場作圖所得到的結果. . . . . . . 20
3.5. 鐵薄膜在鎢(111)表面的層數對殘磁作圖所得到的結果. . . . . . . . . 21
3.6. 不同電流大小對於MOKE訊號的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.7. 不同電流對應矯頑磁場的結果以及偏移量與電流的線性關係圖. . . . 22
3.8. 樣品通入電流後的磁場偏移情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.9. 線圈通入電流後的磁場偏移情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.10. 線圈與電流產生的磁場比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.11. 利用LEED拍攝的W(111)晶格結構圖，黃色的六邊形為單位晶格的大
小。Data from Y.C. Lin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.12. 利用Mathematica計算Fe/W(111)系統的磁異向性模型。Data from
J.W. Xin and citation with consent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.13. 利用磁異向性模型模擬受到電流通入樣品產生的磁場影響產生偏移的
磁滯曲線。Date made by J.W. Xin and citation with consent . . . . 27
3.14. 利用磁異向性模型模擬線圈通入電流產生的磁滯曲線。Date made
by J.W. Xin and citation with consent . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.15. 利用FlexPDE去計算得到樣品通入電流後，X方向的磁場分布大
小。calculated by J.W. Xin and citation with consent . . . . . . . . 29
3.16. 利用FlexPDE去計算得到樣品通入電流後，Y方向的磁場分布大
小。calculated by J.W. Xin and and citation with consent . . . . . . 29
3.17. 氧氣對鐵薄膜在鎢表面上的實驗流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.18. 氧氣在鐵薄膜上產生的磁場偏移影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.19. 曝氧後樣品通入電流的變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.20. 歐傑能譜儀對曝氧之後的樣品偵測所得到的結果. . . . . . . . . . . . 33
A.1. 2.1TML Fe/W(111) 從180K自然升溫至300K其磁滯曲線的變化. . . 36
A.2. 2.1TML Fe/W(111) 其矯頑磁場與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . 36
A.3. 2.1TML Fe/W(111) 其殘磁大小與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . 37
A.4. 5TML Fe/W(111) 從130K自然升溫至320K其磁滯曲線的變化. . . . 37
A.5. 5TML Fe/W(111) 其矯頑磁場與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . . 38
A.6. 5TML Fe/W(111) 其殘磁大小與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . . 38
A.7. 6.5TML Fe/W(111) 從170K自然升溫至470K其磁滯曲線的變化. . . 39
A.8. 6.5TML Fe/W(111) 其矯頑磁場與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . 39
A.9. 6.5TML Fe/W(111) 其殘磁大小與溫度變化的關係圖. . . . . . . . . 40
表目錄
3.1. 3ML鐵/65ML鎢/3ML鐵的計算結果(calculated by K.T. Liu with
permission) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2. 電流產生的Bias其理論值與實驗值的比較. . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3. 在不同環境其電流產生的Bias之比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

〔１〕林奕成,國立台灣師範大學論文,2011
〔２〕T.A. Heumier and J.L. Carlsten, Mode Hopping in Semiconductor Lasers,application
note 8,ILX Lightwave ,2005