清華大學材料科學工程學系學位論文
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本研究在一般與柵欄式之奈米碳管陣列上，沉積二氧化錳製成複合電極，觀察並比較兩者複合電極結構、形貌與電化學特性之差異。由於在密集的奈米碳管陣列中不容易沉積均勻的二氧化錳，藉由柵欄式的方法可以促使電鍍液擴散至密集的奈米碳管陣列中進行沉積。首先以微波電漿輔助化學沉積法，在鈦金屬板上生長垂直的奈米碳管，再經過硝酸處理使奈米碳管具有親水性。接著將電極置入過錳酸鉀水溶液中，利用循環伏安法將二氧化錳沉積在奈米碳管上，電位範圍在-1~1 V間，並分別改變不同沉積掃描速率以及過錳酸鉀水溶液濃度，用以得到最佳的比電容值。 本研究使用拉曼光譜、掃描式電子顯微鏡以及高解析電子能譜分析複合電極中的形貌與結構。利用循環伏安法量測電化學特性，使用的電解液為0.5 M的硫酸鈉水溶液，電位範圍與掃描速率範圍分別為0~0.9 V與10~1000 mV/s，進行比電容值、長時間穩定性與交流阻抗頻譜的分析。一般與柵欄式之複合電極的最佳沉積參數之電化學量測結果，在10 mV/s的掃描速率下，比電容值分別為150.6 F/g與175.7 F/g。而在1000 mV/s高掃描速率下，比電容值分別為90.1 F/g與89.2 F/g。在掃描速率為50 mV/s下進行1000次長時間循環掃描，其維持率分別達到94 %與99 %，發現柵欄式之複合電極效能較佳，顯示柵欄式之二氧化錳/奈米碳管複合電極是具有發展潛力的超級電容器電極材料。
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本研究以開發透明導電膜為方向，採用新穎性的奈米碳材料作為導電材料主體，此碳材料包含了少壁奈米碳管與奈米石墨烯薄片兩項。除了探討經過官能基化反應前後之透明導電膜光電表現外，為了能讓導電度更進一步地提升，本研究分別採用鈀奈米顆粒與銀奈米顆粒鍍覆於碳材料表面上。經過鈀奈米顆粒鍍覆的官能基化少壁奈米碳管所製備的透明導電膜，其最佳表現於550 nm的波長下，有81.7%的穿透度與片電阻值274.0 ohm/sq，相較於無經過任何處理的少壁奈米碳管所製成的透明導電膜，在同樣穿透度下片電阻值下降約25倍。為了再提升導電度，除了將油墨配置中的分散劑變更成具有導電性的導電高分子PEDOT:PSS外，也加入了具有二維結構的奈米石墨烯薄片，目的在於增加碳材料間的接觸面積，且此兩種碳材料搭配可形成三維的導電路徑；並將鍍覆金屬變更成銀奈米顆粒，因銀本身除了具備最高的導電性外，本研究更開發出單一步驟的鍍覆反應，具有簡單、快速與可量產性的特色。用2.0 wt%的銀奈米顆粒鍍覆的官能基化少壁奈米碳管和8.0 wt%的銀奈米顆粒鍍覆的官能基化奈米石墨烯薄片混合作為導電填充物，使本研究於550 nm的波長下，可得到80.2 ± 0.8%的穿透度與53.0 ± 4.2 ohm/sq的最佳光電表現。 採用上述的透明導電膜製備透明LED燈條與透明電熱膜作為應用的開發，除了具備絕佳的可撓特性與穩定性外，透明導電膜於電熱表現上更具有極高的導熱特性142.0 ± 9.6 W/m-K、1分鐘內可達到所需之加熱溫度、優良的均溫性、發熱穩定佳、耗電量低與優於市售透明電熱膜材料之平均放射率0.53，可同時以熱傳導(高導熱特性)與熱輻射(高紅外線放射率)作為對物體加熱的方式，適合作為取代傳統的電熱材料。 本研究採用金屬奈米顆粒鍍覆於碳材料上，顯示出優良的光電特性與電熱表現，並具備優異的撓曲特性，且製備簡單快速、具量產性與高良率等優勢，將是取代現有透明導電材料的一個絕佳選項。
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在現今的LTCC製程技術以CFG的方法較為被廣泛地使用，其高頻微波的介電性質、燒結緻密溫度，需考量陶瓷固相與玻璃液相的材料選擇。為了達到低介電損失及低溫共燒的目的，陶瓷材料的選擇以類鎢青銅結構的Ba4(Nd0.85Bi0.15)9.33Ti18O54 (BNBT)作為基材，其具有較高品質因子與介電常數，以及相對小的共振頻率溫度係數。而玻璃材料的選擇則採用低熔點的Li2O-ZnO-B2O3 (LZB)玻璃系統，作為助燒劑。首先，於論文第一章主要介紹玻璃形成的結構理論、硼酸鹽玻璃系統以及Ba6-3xR8+2xTi18O54的陶瓷系統的結構與性質的關係，並回顧低溫共燒的製程技術以及所面臨的問題。而在論文的第二章，以三成分系鋰鋅硼酸鹽玻璃系統(Li2O-ZnO-B2O3, LZB)為研究對象，利用固態核磁共振儀(NMR)與X光吸收光譜術(XAS)作為玻璃結構主要的分析儀器。從11B MAS-NMR光譜分析顯示四配位硼佔有的比例(N4)與非架橋氧(NBO)的數目受到Li2O含量以及ZnO/B2O3比例影響。並藉由Zn K-edge的延伸X光吸收精細結構(EXAFS)分析，可知鋅的配位數大小約為3.01-3.64，暗示在LZB玻璃系統中，除了B2O3作為主要玻璃網絡形成劑之外，ZnO亦扮演形成劑之角色。此外，利用EI-Hofy、Mackenzie與Appen方法計算玻璃轉移溫度(Tg)、線性熱膨脹係數()、介電常數(r)與折射率(nD)，並比較計算值與實驗值之間的差異，顯示理論計算的結果僅略大於實驗值，且其趨勢變化與實驗值一致，暗示上述理論計算的方法有助於LZB玻璃性質的預測與成分設計。 接著，論文第三章以添加LZB玻璃對BNBT陶瓷的燒結行為以及介電性質的分析。當添加10 vol%的LZB玻璃於BNBT陶瓷內(BNBT+LZB系統)，可有效地將燒結緻密的溫度從1300oC降低至875-900oC。而BNBT+LZB系統的緻密性質與LZB玻璃的軟化溫度Ts、Td有關，玻璃軟化溫度的變化已在第二章有詳細地討論，其大小隨Li2O含量增加而下降，約為520-600oC之間，此結果可從BNBT+LZB系統的TMA收縮曲線觀察發現，顯示在軟化溫度範圍下開始出現明顯的線性收縮變化。此外，又從BNBT+LZB系統的顯微結構觀察及X光繞射結晶相分析，顯示LZB玻璃/BNBT陶瓷的介面在燒結過程產生反應，隨LZB玻璃組成的Li2O含量增加而生成雜相的比例降低，則殘留的LZB玻璃含量較多，導致BNBT+LZB系統的緻密度增加。對於90 vol% BNBT+10 vol% LZB 系統而言，在5-5.79 GHz的共振頻率下量測獲得的介電常數(r)約為55-70，品質因子(Q)與共振頻率(fr)的乘積(Q x fr)為1,000-3,000 GHz，而在25-80oC溫度範圍的共振頻率溫度係數(tf)為10-60 ppm/oC。 本文探討以銀為內電極的積層陶瓷電容器(MLCC)其受到溫度及電壓影響下所造成的失效機制。MLCC的介電層材料為陶瓷+玻璃的複合系統，成分組成為90 vol % Ba4(Nd0.85Bi0.15)9.33Ti18O54 (BNBT) +10 vol % Li2O-ZnO-B2O3 (LZB)的陶瓷玻璃系統，其可與Ag內電極低溫共燒於875-900oC，達到良好的緻密性。從I-V曲線及HALT的結果發現失效後的元件不再遵守歐姆定律，且元件隨著溫度或電壓提高而縮短了失效的時間(TTF)。藉由TEM/EDS的微觀結構觀察及成分鑑定、SIMS半定量分析銀的擴散活化能及擴散係數、以及阻抗頻譜模擬分析材料的等效電路模型，上述結果皆顯示Ag+離子在高溫或高電壓下的擴散與(電)遷移主要發生在LZB玻璃相上。
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本論文主要利用氧化鋅作為電阻式轉換記憶體元件(金屬/絕緣體/金屬結構)中間的主動層氧化物，在室溫下濺鍍製程製備氧化鋅具有C-axis優選取向，應用在垂直結構的元件具有穩定電阻轉換特性。 在論文第一部分探討白金/氧化鋅/鎢結構在下電極介面，因濺鍍過程而自發生成鋅鎢氧介面層進而提升記憶體性質及其效益；透過X光射線光電子能譜縱深分析與高解析度穿透式電子顯微影像確定介面層身份並當鋅鎢氧介面生成將具有擴張記憶窗(on/off ratio)及下降電流限(compliance current)與提升電阻轉換穩定性。此外，利用濺鍍過程而自發生成介面的概念，透過抽換不同底電極材料而形成不同成份介面層，卻出現相同記憶窗與不同穩定特性的阻態轉換行為，說明記憶窗主要由主動層氧化物決定；而電極與主動層似乎存在某種關係。為探討其關聯性設計元件組成的搭配性。 在第二部分，選取氧化物主動層的生成能(Gibbs free energy of formation)之兩側金屬做為底電極，即三種電極鎢鉿鉭搭配兩種主動層氧化鋅與氮氧化鈦，及三種電極鈦鉿鎂搭配氧化鉿。結果顯示氧化物主動層與金屬電極的生成能差距在~100 kJ/mol具有優良阻變轉換特性(high ratio and stability)；推測介面層發生藉由濺鍍轟擊(bombardment)與生成能的差異，且介面層不破壞主動層成份的情況下，又視為載子儲存空間帶來操作穩定性。此外，透過HeCd雷射光激發螢光光譜推測不同介面層生成具備何種缺陷並透過變溫量測推算活化能能障。綜合以上元件組成的搭配性，以氧化鋅搭配鎢電極具有最佳穩定開關電壓。 記憶體為提高儲存空間以交叉陣列(crossbar array)的方式定義電阻式記憶元件以達到高密度堆疊型態，但交叉陣列會引發潛通道電流(sneak path current)。當被選取的元件為高阻態而鄰近元件為低阻態，電流通過潛通道形成讀取錯誤而限制陣列尺寸。目前解決方案包括電阻記憶元件串聯一被動元件做為選擇器控制電流方向，另一方法為互補式電阻開關(CRS，complementary resistive switching)利用兩雙極性電阻記憶元件反向串聯，且兩元件互為整流功效，形成非線性電性曲線解決潛通道電流問題並增加陣列尺寸。 論文第三部分則藉由穩定性最高的氧化鋅搭配鎢電極之電阻記憶體以平行串聯方式開發CRS元件，並在鄰近元件為低阻態的情況下估算氧化鋅-鎢電極應用於交叉陣列可達到之最大陣列尺寸。結果顯示氧化鋅-鎢電極因具穩定開關電壓應用於CRS元件出現>200 cycles的操作耐久度(endurance)，且交叉陣列尺寸與單顆元件的記憶窗有關。而為提升記憶容量導入多階儲存概念，透過兩種電壓與電流模式(conventional voltage- and current-sweep)說明功率突增(power boost)與提高穩定性及準確定義阻態形成最大100×100陣列尺寸與2-bits儲存空間。 單道製程製備雙層結構(ZnO/ZnWOx)可免去一道製程、省去調整介面匹配性的優點，對未來發展以人因手法製造缺陷與形成製作載子儲存層而控制導電絲(filament)斷裂位置，將再提升非揮發性電阻記憶體性能。
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本實驗使用無壓液相燒結法製備鑽石銀基複合材料。由於金屬銀在鑽石表面上的潤濕性不佳，由實驗得知，添加鈦以改善銀基材與鑽石間的潤濕性，進而得到具有良好的熱傳導性質的複合材料。在鈦添加量對於複合材料熱性質的影響中發現，最適量的Ti 添加量在3at.%,少於3at.%會造成系統潤濕性不足，多於3at.%會導致TiC生成過多而降低複材的熱傳導性質，鈦添加量對於複材的熱傳導性質有著決定性的影響。藉由電子顯微鏡觀察鑽石與基材間的界面厚度發現，界面層主要是由碳化鈦所組成。進一步研究燒結持溫時間對於複合材料熱性質的影響，發現複材的緻密度及熱傳導率會隨著持溫時間增加而變大，30分鐘持溫可得最大緻密度及熱傳導率；更久的持溫時間則因銀的蒸發而造成緻密度及熱傳導率降低。製備出的複合材料，在鑽石體積分率 60%、鈦添加量3at.%的條件下，其熱傳導係數可高達 836 W/mK，熱膨脹係數為 5.6 ppm/K，表示此製程製備的複合材料熱性質良好。由於此製程為一無壓燒結製程，無須加壓設備與高溫高壓模具，可大幅降低設備與模具成本；並且製程簡便，可大量生產，使此鑽石/銀基複合材料在電子構裝散熱材的應用上更具潛力。
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氧化鋅是II–VI族n型半導體，也是追求下一個世代電子和光子奈米元件用來取代矽的好候選材料之一。一維奈米結構，例如線、柱、管、環、帶、針，由於其獨特的性質，例如高寬高比與大表面積，在製造電子、光學、光電、電化學奈米元件上是相當好的材料。在本研究中，我們成功地利用金屬-有機化學氣相沉積法在鎵摻雜氧化鋅種子層/矽基板上製造出具有大面積、良好垂直性、單晶結構的鎵摻雜氧化鋅奈米塔陣列結構。 我們發現鎵原子在奈米柱側面晶面將{1-100}轉化成兩組({11-21}, {11-2-2})和({-2201}, {-110-1})，最後形成塔狀結構，扮演著一極重要的關鍵角色。經由理論模擬計算的結果得知，鎵原子可以降低({11-21}, {11-2-2})和({-2201}, {-110-1})的表面能；然而會增加{1-100}的表面能。此外，我們提出一個新的成長模型，藉由理論模擬計算在鎵摻雜後改變表面能的結果，來解釋如何從平滑的奈米柱{1-100}平面轉化成具皺褶狀的奈米塔({11-21}, {11-2-2})和({-2201}, {-110-1})平面。根據低溫陰極發光和光激發光光譜得知，鎵摻雜氧化鋅奈米塔擁有極好的晶體品質。 暴露晶面的種類強烈的影響其性質與表面活性。我們也研究了鎵摻雜氧化鋅奈米塔與氧化鋅奈米線其光電性質與其化學反應性。紫外光光偵測器的反應結果證明鎵摻雜氧化鋅奈米塔比氧化鋅奈米線不但具有更快速的電子-電洞產生與再結合速率，也同時具有更好的光催化活性。鎵摻雜氧化鋅奈米塔增進其效能是因為{11-21}, {11-22}, {-2201}, {-1101}平面相較於{10-10}和{11-20}平面更能增強氧氣和水的化學吸附活性。 為了追求高注入電流效率二極體奈米元件，全一維共軸氧化鋅p-n同質接面奈米結構是其中一種理想結構。我們將p型銀摻雜氧化鋅奈米結構殼包覆在n型鎵摻雜氧化鋅奈米塔核上，合成出全一維共軸氧化鋅p-n同質接面二極體。全一維的p-n銀-鎵摻雜氧化鋅和銀摻雜氧化鋅-氧化鋅共軸奈米結構相較於全二維或二維-一維p-n同質和/或異質接面二極體，具有更優秀的二極體特性表現，如更低開啟電場、更好的整流效率與理想因子。藉由低溫和變溫光激發光光譜技術分別可測得鎵和銀的束縛能。另比較銀-鎵摻雜氧化鋅又比銀摻雜氧化鋅-氧化鋅p-n同質接面奈米結構表現出更好的二極體特性。 最後，利用原子層沉積法沉積白金奈米粒子在一維鎵摻雜氧化鋅奈米塔上形成白金/鎵摻雜氧化鋅奈米複材。沉積上去的白金奈米粒子比傳統的濕化學法好，均勻且分散很好的分佈在鎵摻雜氧化鋅奈米塔表面上。白金/鎵摻雜氧化鋅奈米複材在30個原子層沉積循環時有顯著的改善光催化活性，在波長254奈米的紫外光照射下，其催化活性比純鎵摻雜氧化鋅奈米塔大約增加了2.7倍。我們從各種光催化機制去探討白金奈米粒子對光催化活性的影響。由於修飾的白金奈米粒子在光學吸收/穿透、電子-電動對分離/再結合、與區域表面電漿共振有競爭效應，因此，在白金奈米粒子含量上有一個最佳值，可以使一維白金/鎵摻雜氧化鋅奈米複材達到一個最大的光催化活性。 從基礎晶體成長機制研究到多方面的嶄新奈米元件應用，例如場發射子、單根奈米線場效電晶體、紫外光光偵測器、與光觸媒，鎵摻雜氧化鋅奈米塔比純氧化鋅奈米線具備更好的效果與性質。鎵摻雜氧化鋅奈米塔提供了一個追求下一個世代奈米元件應用上更好的另一種選擇平台。
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本實驗使用無壓液相燒結法製備鑽石銅基複合材料。由於金屬銅在鑽石表面上的潤濕性不佳，因此選擇添加活性元素至基材中，希望藉此改善界面間的潤濕性，進而得到具有良好的熱傳導性質的複合材料。而經由實驗結果得知，以鈦元素的添加具有最好的提升界面潤濕的效果。更進一步研究鑽石體積分率變化、鈦添加量多寡，以及燒結時間對於整體複合材料熱性質的影響，並且在改變燒結時間的實驗中，利用 SEM 以及 TEM 的觀測，分析鑽石與基材間的界面成長方式，以建立界面成長的機制。由界面微結構分析指出，界面層主要是由碳化鈦所組成，且界面的厚度會隨燒結時間及鈦含量的增加而變厚，對於複材的熱傳導性質有著決定性的影響。所製備出的複合材料，在鑽石體積分率 50%、鈦添加量 0.6 at% 的條件下，其熱傳導係數可高達 620 W/mK，熱膨脹係數為 6.9 ppm/K；而在鑽石顆粒雙粒徑的添加系統中，鑽石總體積分率 60% 的複材，其熱傳導值更可高達 683 W/mK。經由理論計算，本實驗製備的複合材料熱傳導值可高達理論值的 77 ~ 86%，熱膨脹係數則介於 Kerner upper line 與 Kener lower line 之間，代表此製成製備的複合材料性質良好，幾乎可與理論值吻合。另外，由於此製程為一無壓燒結製程，無須加壓設備，將可大幅降低設備成本，並且製程簡便，可用於大量生產，使此鑽石/銅基複合材料在電子構裝散熱材的應用上更具潛力。
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近年來，二氧化鈦被廣泛的應用在各式的用途，如塗料、光觸媒、染料敏化太陽能電池以及鋰離子儲能裝置上。二氧化鈦的晶相、形貌以及晶體尺寸為影響材料性能三個重要的因子。本研究利用水熱法，以鈦酸鈉作為前驅物添加不同的鹼金屬鹽類並且調控反應酸鹼值，以合成出不同形貌及大小的銳鈦礦相及板鈦礦相二氧化鈦並探討其性質；此外，我們利用溶液熱法，將金紅石相奈米線成長於透明導電玻璃上，探討其電致變色的表現。 在銳鈦礦相二氧化鈦合成方面，我們發現鹼金屬鹽類對於銳鈦礦的晶體形貌有很大的影響，在氯化鋰溶液中，可以合成具有{101}晶面裸露的八面體形貌；在氯化鈉溶液中，可以合成具有{301}晶面裸露的紡錘狀形貌；而在氯化鉀溶液中，則是可以合成出針狀且頂端部分裸露出{301}晶面的銳鈦礦晶體。本實驗中所合成的{301}裸露面為首次被報導出來。由於鋰、鈉及鉀離子的電荷密度不同，對於銳鈦礦晶體在{100}和{001}基本晶面成長的抑制能力有所不同。高電荷密度的鋰離子會造成銳鈦礦<100>和<001>方向堆疊嚴重的抑制，而產生粒徑較小且低長寬比的晶體；而低電荷密度的鉀離子，對於銳鈦礦<001>方向的抑制能力弱，會產生粒徑較大且高長寬比的晶體。另外，我們藉由鹽酸調控前驅物溶液中的酸鹼值，可以得到不同尺寸的二氧化鈦晶體，當反應環境的pH下降時，會加速前驅物鈦酸鈉的溶解，而產生大量的銳鈦礦成核點，使得晶體尺寸縮小。由此我們可以藉由添加不同的鹼金屬鹽類以及控制反應的酸鹼值，獲得兼具形貌及尺寸調控的銳鈦礦晶體。在光降解反應中，我們發現{101}晶面裸露的銳鈦礦擁有最佳的光催化表現。此外，我們發現次微米級的二氧化鈦具有良好的結晶性，其光催化表現高於奈米級的二氧化鈦。而在染料敏化太陽能電池的電極測試中，我們利用混合奈米及次微米的銳鈦礦晶體作為電極，以提供高的染料吸附面積及良好的散射能力，可獲得最佳的光電轉換效率6.9%，為商用P25(5.3%)的1.3倍。 在板鈦礦相二氧化鈦合成方面，我們發現在反應溶液中添加氟化鈉，會產生板鈦礦晶體，且可經由不同的氟化鈉溶液濃度，以獲得不同的板鈦礦及銳鈦礦比例，在1M的氟化鈉溶液中可以得到近乎純相的板鈦礦晶體。由於前驅物鈦酸鈉的結構與板鈦礦有部分相似，因此我們認為氟化鈉可以穩定鈦酸鈉分解時所產生的板鈦礦結構單元，進而長成板鈦礦晶體。此外，不同尺寸及形貌的板鈦礦可藉由對鈦酸鈉進行不同程度的酸處理以達成。當酸處理程度低時，鈦酸鈉溶解速度慢，板鈦礦成核點少，會得到微米花狀的板鈦礦；而當酸處理程度提高時，會得到次微米海膽狀的板鈦礦；而當酸處理的程度太高時，鈦酸鈉溶解速度加快，會使板鈦礦的成核點增加，導致部分的板鈦礦結構單元被破壞，形成板鈦礦奈米棒及銳鈦礦奈米粒子的混合產物。將合成的板鈦礦進行不同溫度下的相轉變測試，當溫度提高到800℃時，微米花狀的板鈦礦無相轉變的情況發生；而次微米海膽狀的板鈦礦，在750℃時開始轉變成金紅石結構。 在金紅石相二氧化鈦合成方面，我們嘗試將金紅石二氧化鈦成長於導電玻璃上，利用四異丙醇鈦作為前驅物，在鹽酸與異丙醇的混合溶液中，以FTO玻璃作為基材進行溶液熱反應。在此反應條件，可獲得沿[001]方向成長的金紅石奈米線垂直成長於FTO上，且由此方法所合成的金紅石奈米線的邊長尺寸為在鹽酸水溶液中反應的十分之一。在電致變色的測試中，相較於用P25以及金紅石奈米線塗佈在FTO作為電極，我們發現此電極擁有良好的光學密度差以及鋰離子儲存能力。此優異表現可歸因於金紅石二氧化鈦，在[001]方向擁有極高的離子擴散速度，當與電場方向平行時，可以使離子快速的嵌入二氧化鈦晶體。此外，我們也利用鈉離子進行離子嵌入測試，首次發現二氧化鈦電極在-1V電位下有大量的鈉離子嵌入。
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鐵磁與超導的交互作用引發出許多有趣的物理現象，這兩種材料都是自旋有序的相轉變系統。然而鐵磁有序驅使電子自旋同向排列，超導體的庫柏電子對則是傾向自旋電子以相反方向來互相配對。因此這兩種不同的自旋電子有序是互相抵抗的，而利用製作鐵磁與超導的異質接面結構是最直接的方式來研究這互相競爭的有序參數。在此鐵磁/超導的異質結構中，鄰近效應在過去已經被廣為研究，然而相對於鄰近效應，鐵磁對超導的逆鄰近效應則在這近十年中被提出並引起廣大的興趣。從過去的文獻中可以發現，橫向鐵磁/超導異質接面的研究仍然較缺乏，尤其是鐵磁對超導的逆鄰近效應在橫向鐵磁/超導異質接面中的影響更是少見。因此，提供了我們對鐵磁對超導的逆鄰近效應在橫向鐵磁超導異質接面中研究的動機。 在本論文中，我們利用電性量測的方式對這橫向鐵磁/超導異質接面做了一系列的研究。我們主要製造了兩種不同的橫向鐵磁/超導異質接面，一個是利用兩鐵磁材料鎳鐵長條跨接在兩個超導電極鈮，所製造的橫向雙鐵磁/超導接面，另一個則是利用鎳鐵長條與超導長條交叉跨接所形成弱連結的橫向約瑟芬接面。 在兩鐵磁跨接的橫向鐵磁/超導異質接面中，我們改變了兩鐵磁長條之間的間距，從150奈米到700奈米，來研究自旋電子在此區域間的弛豫長度。在小間距(150和250奈米)的樣品中，我們發現了由於逆鄰近效應而造成電荷堆積在接面形成的兩鐵磁長條的自旋閥效應。另外在大間距(500和700奈米)的樣品中，我們發現了自旋閥效應消失，取而代之的是兩鐵磁長條的異向性磁阻現象。而我們另外製造更多數目的鐵磁長條跨接在超導電極，自旋閥效應以及異向性磁阻現象出現與兩鐵磁長條間距的關係能然可以觀察的到。利用改變兩鐵磁長條之間的間距，觀察自旋閥效應以及異向性磁阻現象的變化，我們可以估計出自旋電子在超導鈮中橫向的弛豫長度。而在自旋閥效應出現的樣品中，我們還發現了超導的臨界溫度隨著兩鐵磁長條的磁區排列有所改變，兩鐵磁長條磁區反平行的臨界溫度比平行的臨界溫度最多提高了58.3 mK。除此之外，在電阻對溫度的量測中，我們還發現了奇異的電阻陡降與陡升，在此我們推測可能成因來自於鐵磁與超導間的交互作用。 在鎳鐵長條與超導長條交叉跨接所形成弱連結的橫向約瑟芬接面中，我們探討此橫向約瑟芬接面的弱連結是由鐵磁對超導的逆鄰近效應所形成的，也就是說鐵磁藉由逆鄰近效應在超導材料中誘發出磁性而形成橫向約瑟芬接面中的弱連結區域。我們利用觀察在此橫向約瑟芬接面中直流以及交流的超導約瑟芬效應來證明此弱連結來是來自於鐵磁對超導的逆鄰近效應所形成的。這是利用電性量測方式對逆鄰近效應的直接證明。另外，我們也估算了此橫向約瑟芬接面的Thouless能量大小。我們亦探討了此超導約瑟芬效應與超導渦旋電流移動所造成的效應不同。在此橫向約瑟芬接面中，超導電流能流經由鐵磁誘發的弱連結區域長達2.1微米，因此我們推測，此約瑟芬接面中具有如理論預測的自旋三重態的電子。此研究提供了一種全新的方式來製作超導約瑟芬接面，未來應用在製作超導量子干涉儀上有取代現今複雜製作方式的優勢。