錳砷化鎵與錳氧化物間之磁偏移現象研究

The Magnetic Shifts in GaMnAs/MnOx Bilayer System

鄭智遠(Chih-Yuan Cheng)

指導教授 ： 黃金花

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2009年)

摘要

本實驗利用分子束磊晶成長技術，在砷化鎵基板上依序成長砷化錳鎵稀磁半導體與錳層，砷化鎵基板與磊晶夾具之黏附則採用無銦的方式。試片取出後錳層在空氣中自然氧化或是經由退火爐進行熱處理會產生錳氧化物之反鐵磁層，因此得到GaMnAs/MnOx雙層膜。當試片在超導量子干涉磁量儀(SQUID)中場冷至低溫量測，則可得到同時具有交換偏移現象以及縱向偏移現象之磁滯曲線，且其交換場與縱向偏移之方向由場冷時外加場的方向決定。
不經由任何熱處理的試片，Mn層在大氣中自然氧化而形成具有反鐵磁態的氧化錳，因此在與砷化錳鎵界面處之磁矩間的交換耦合作用下，產生了本系統在As grown條件下之交換偏移以及縱向偏移現象。在熱處理方面，樣品經過退火處理時若同時施加一3000 G磁場，則表現出相當特別的磁滯曲線。因此在本研究工作中，我們對樣品進行170、200、230 °C之場對火處理，而場退火時間則採取1、5、10、30、60、90分鐘。經過SQUID的量測，樣品的縱向偏移隨著場退火的進行而逐漸消失，然而交換場卻會隨著場退火時間的增加而有一先下降後上升的趨勢，極小值出現在大約30分鐘左右；同時，我們也發現200 °C的場退火有較佳的交換場。
不同Mn厚度的樣品，其對矯頑場以及縱向偏移的影響不大，且
經過磁滯曲線的量測以及成分的分析，我們推測元素態的錳與GaMnAs之間也會有交換耦合存在，且其耦合力將會比氧化態的錳更明顯。
從分別對As-grown以及熱處理樣品的χ-T、M-T量測，我們認為系統的縱向偏移與低溫spin glass相並沒有太大的關聯。而經由成分分析，我們樣品的反鐵磁層，同時存在著不同的錳氧化態，這些氧化物改變了原本的鐵磁態/反鐵磁態系統，或許造成了磁滯曲線之縱向偏移。

關鍵字

磁偏移

參考文獻

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