銅奈米微粒隨氧化程度對自旋極化的影響

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苟穎書(Ying-shu Kou) 查詢紙本館藏

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物理學系

論文名稱

銅奈米微粒隨氧化程度對自旋極化的影響

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摘要(中)

我們使用熱蒸鍍法製備銅奈米微粒，並於空氣中加熱氧化，氧化
過程為Cu氧化為Cu2O再氧化為CuO。樣品依不同氧化程度編上O0、
O1…至O6 的編號。我們以XRD 做樣品分析，以積分寬法和共同體
積函數法對X 光繞射譜圖進行擬合得到粒徑及粒徑分佈，並以GSAS
結構晶算軟體計算其內容物的成份比例。
銅和氧化亞銅奈米微粒均呈現不同於塊材時的反磁性而具有自旋
極化現象。Langevin 順磁函數加上線性反磁項可以描述M(Ha)曲線，
在低溫和高磁場需增加Brillouin 函數描述誘發Zeeman 磁化強度。而
氧化亞銅與氧化銅的M(Ha)曲線需於Langevin 函數增加一個等效磁
場因子α 來描述。我們對M(Ha)曲線進行擬合，以討論擬合參數於不
同溫度及不同氧化程度間的關聯。

摘要(英)

Cu nanoparticles were fabricated by employing the thermal
evaporation method. The resultant Cu nanoparticles assembly can be
progressively oxidized into Cu2O and CuO phases by using a heating
plate in the air condition. The mean particle diameter of Cu (sample O0)
obtained from the broadening X-ray diffraction (XRD) peak profiles of
finite-sized particle is 6.1 nm. The composition of various degree of
oxidization is determined by refining the XRD pattern using General
Structural Analysis System (GSAS) program.
Spin polarization is observed in series of Cu, Cu2O, and CuO
nanoparticles. The M(Ha) curves of Cu nanoparticles may be described
by a Langevin profile indicating randomly oriented magnetic moments
are aligned upon application of magnetic field and a linear Lenz
diamagnetic term. An additional Brillouin profile is needed to describe
the Zeeman magnetization in the high-Ha regime.
The effective magnetic field factor α is needed to incorporate in the
Langevin profile to describe M(Ha) curves of Cu2O and CuO
nanoparticles. Thermal profile of saturation magnetization MS(T) of Cu2O
clearly departs from the Bloch’s law for isotropic excitation, signaling the
appearance of magnetic anisotropy. Ferromagnetic spin correlation is also
observed in CuO nanoparicles, where the MS(T) curve shows Bloch’s
behavior for thermal magnons.

關鍵字(中)

★ 銅
★ 氧化亞銅
★ 氧化銅
★ 奈米微粒
★ 自旋極化
★ 磁性

關鍵字(英)

★ Cu
★ Cu2O
★ CuO
★ nano particle
★ spin polarization
★ magnetic property

論文目次

第一章導論………………………………………………………… 1
1-1 塊材銅、氧化亞銅、氧化銅物理性質介紹……………………1
1-2 奈米科學介紹……………………………………………………4
1-3 研究動機…………………………………………………………6
第二章樣品製備分析與實驗基本介紹…………………………… 8
2-1 銅奈米微粒製備…………………………………………………8
2-2 X光裝置與原理………………………………………………… 10
2-3樣品分析………………………………………………………… 12
2-4 實驗方法與磁性量測……………………………………………14
2-5 實驗數據分析……………………………………………………17
第三章自旋極化和理論分析……………………………………… 28
3-1奈米微粒的自旋極化現象……………………………………… 28
3-2電荷轉移理論…………………………………………………… 29
3-3 Langevin順磁理論……………………………………………… 29
3-4 Brillouin函數理論……………………………………………… 32
3-5銅奈米微粒磁性與擬合分析…………………………………… 34
3-6 熱磁激發理論………………………………………………… 39
第四章銅奈米微粒隨氧化對磁性的影響………………………… 42
4-1銅與氧化亞銅磁性行為比較分析……………………………… 42
4-2氧化對磁化強度的影響………………………………………… 48
第五章結論………………………………………………………… 62

參考文獻

第一章
1. 銅氧核殼奈米顆粒間交互作用對自旋極化之影響, 陳乃維, 國立中央大學碩士論文(2008)
2. V. R. Palkar, P. Ayyub, S. Chattopadhay, and M. Multani, Phys. Rev. B53, 2167 (1996).
3.氧化亞銅與氧化銅奈米微粒的熱縮現象探討，林勝達，國立中央大學碩士論文(2011).
4. 吳勝允、李文獻物理雙月刊二十八卷五期(2005).
5. In/In2O3 的超導奈米顆粒聚合體的超導性質探討，吳豐宇，國立中央大學碩士論文(2007).
6. R. Kubo, J. Phys. Soc. Jpn. 17, 975 (1962).
7. H. Hori, T. Teranishi, Y. Nakae, Y. Seino, M. Miyake, and S. Yamada,
Phys. Lett. A 263, 406 (1999).
8. H. Hori, Y. Yamamoto, T. Iwamoto, T. Miura, T. Teranishi, and M. Miyake, Phys. Rev.B 69, 174411 (2004).
9. Chi-Yen Li, Chun-Ming Wu, Sunil K. Karna, Chin-Wei Wang, Daniel Hsu,
Chih-Jen Wang, and Wen-Hsien Li, Intrinsic magnetic moments of gold
nanoparticles, Phys. Rev. B 83, 174446 (2011).
10. Intrinsic surface and core magnetic moments in Au nanoparticles – neutron diffraction and magnetization studies，李祈延，國立中央大學博士論文(2012).
第二章
1. 許樹恩、吳泰伯, X光繞射原理與材料結構分析, 中國材料科學學會 (1993).
2. 王進威，擬合X光繞射峰形判定奈米微粒粉末的粒徑分析，中央大學碩士論文(2006).
3. C. Larson and R. B. Von Dreele, “General Structure AnalysisSystem,”Report LA-UR-86-748 Los Alamos National Laboratory,NM (1990).
第三章
1. 杜怡君、張毓娟、翁乙壬、蘇怡帆、陳世毓、梁哲銘、葉巧雯、吳信璋、卓育泯，磁性基本特性及磁性材料應用，台灣大學化學系。
2. V. Sahni, and K.-P. Bohnen, Phys. Rev. B 29, 1045 (1984).
3. M. K. Harbola, V. Sahni, Structure of the Fermi hole at surfaces, Phys. Rev. B 37, 745 (1988).
4. M. Pereiro and D. Baldomir, Determination of the lowest-energy structure of Ag8 from first-principles calculations, Phys. Rev. A 72, 045201 (2005).
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6. C. Kittle, Introduction to Solid State Physics, 8th ed, (Wiley, UnitedStates, 1976).
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第四章
1. I.S. Elfimov, S. Yunoki, and G.A. Sawatzky, Possible Path to a New Class of Ferromagnetic and Half-Metallic Ferromagnetic MaterialsPhys. Rev. Lett. 89,216403(2002)
2. Li W-H . Wu C-M.Wang C-W. Li C-Y.Hsu C-K .Formation of supe
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3. Po-Hsun Shih, Jhong-Yi Ji, Yuan-Ron Ma, and Sheng Yun Wu, J. Appl. Phys.103, 07B735 (2008)
4. Sheng Yun WU_, Jhong-Yi JI, and Po-Hsun SHIH, Surface Magnetic Anisotropic Energy Gap in Cu2O Nanoparticles, Jpn. J. Appl. Phys.47(2008)
5. 吳政道, 氧化亞銅奈米顆粒的熱縮現象探討，中央大學碩士論文 (2009)
6. A. Punnoose, H. Magnone, and M. S. Seehra, Phys. Rev. B 64, 174420 (2001).

指導教授

李文献(Wen-hsien Li)

審核日期

2013-6-27

推文