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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 理學院
  3. 物理學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/41037
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dc.contributor.advisor陳政維(Jeng-Wei Chen)
dc.contributor.authorYu-Che Chiuen
dc.contributor.author邱昱哲zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-14T17:13:12Z-
dc.date.available2008-08-05
dc.date.copyright2008-08-05
dc.date.issued2008
dc.date.submitted2008-07-25
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/41037-
dc.description.abstract我們主要在研究超導與鐵磁物質的介面性質,我們選用的鐵磁材料是具有磁性的鎳金屬(Ni),而超導材料是選用元素鈮(Nb),鈮是元素超導中,超導轉變臨界溫度(TC)最高的,而且也是元素超導中少數為二類超導體的材料。這也給了我們許多空間去研究超導與鐵磁間的介面現象。
電流平行膜面(CIP)量測可以得到樣品的超導轉變臨界溫度與上臨界磁場(HC2),在本文討論中是用Ni(50nm)/Nb(x)/Ni(50nm)三層膜的系統來看臨界溫度隨著鈮厚度的變化,數據中得到當鈮的厚度減少時,超導臨界溫度會降低的比純鈮系統快,我們可以根據介面效應的機制來擬合並得到一個超導臨界厚度(dSC~45nm)且分析其介面效應的強度,因為旁邊鐵磁層的磁交換場對庫柏電子對有拆散作用,所以當鈮的厚度在臨界厚度以下,即使溫度降至我們量測系統的最低溫度(1.7K),超導特性也不會出現。
HC2的樣品是[Ni(50nm)/Nb(x)]6/Ni(50nm)多層膜的結構,在不同磁場下量測電阻與溫度的關係,定義出超導轉變臨界磁場,量測上分為磁場垂直膜面與平行膜面,但主要要看平行膜面時HC2隨著鈮厚度轉變,HC2與溫度的關係會有二維到三維的特性改變,維度轉換大概的範圍坐落在100nm~130nm間,這也是界面效應的影響;而磁場垂直膜面的量測可讓我們定義出超導的相干長度。
最後一個部份是電流垂直膜面(CPP)量測,可以直接給我們介面電阻的相關訊息,因為幾何因素電阻值會是CIP量測的百萬分之一倍,所以我們利用超導量子干涉儀(SQUID)作為皮伏特計(pico-volt meter)。我們有四組樣品,利用基本的線性分析可以得到四個物理量,分別是:超導態鈮與鎳的介面電阻(ARS/F)、正常態鈮與鎳的介面電阻(ARN/F)、鎳的電阻率(ρNi)以及正常態鈮的電阻率(ρNb)。由我們的分析得知,介面效應的強度除了磁性層的交換場大小,也與超導/鐵磁間電子波函數的傳輸透明度有關,而此能障(barrier)是由介面電阻來主導,因此我們可藉以上量測來定性及定量的分析鈮/鎳系統的介面效應。
zh_TW
dc.description.abstractWe have studied the proximity effect in superconduct Nb / ferromagnetic Ni (S/F) multilayer system. The superconducting critical temperature (Tc) variation of F/S/F trilayer samples with fixed Ni thickness (dNi) and varied Nb thickness (dNb) were measured by conventional current-in-plan (CIP) measurement. As the dNb was reduced below 100 nm, the Tc rapidly decreased monotonically. The critical thickness, below which superconductivity vanishes, with fixed dNi was derived by fitting the data in terms of proximity theory. We got a critical thickness of Nb about 40nm when sandwiched in 50nm of Ni, below this thickness there is no superconductivity even if our samples were cooled down to 0.3K.
According to the Ginzburg-Landau (G-L) equation, the upper critical magnetic field (HC2) is a function of temperature (T). We changed the dNb to see how the dimension of Nb thin film affected the HC2(T) behavior. From our results, the 2-dimensional to 3-dimensional crossover was about 100~130nm for Nb/Ni multilayers. The superconductivity was strongly suppressed due to the pair-breaking effect from the Ni film. Even though the thickness of Nb was larger than perpendicular coherence length, the HC2 had square-root behavior dependence on T.
Current-perpendicular-to-plan (CPP) measurements provide us quantitative information about the interfacial resistance between Ni and Nb with either superconducting or normal (N) states in the S/F heterostructure. To fit the data simultaneously we had used a global fit technique and the results showed that the interface resistance of Ni and Nb, which was in superconducting and normal state, were about 4.2 fΩ-m2 and 1.5 fΩ-m2 respectively. The interface transparency parameter γB was related to the normal state interface resistance and we calculated γB ~2.1.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-14T17:13:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2008
en
dc.description.tableofcontents摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章 簡介 1
1-1 文獻回顧 1
1-2 實驗動機 6
第二章 原理介紹 7
2-1 超導現象簡介[8] 7
2-2 London穿透深度(London penetration depth)[10] 10
2-3 Ginzburg-Landau (GL)理論[11] 11
2-4 基本的BCS超導理論[8] 13
2-5 超導電流的穿隧效應(Tunneling Effect) 16
2-6 第二類超導體[8] 19
2-7 超導(SC)/鐵磁(FM) 邊際效應擬合原理[7] 22
2-8 Pippard模型[13],[14] 23
第三章 儀器設備與實驗原理 24
3-1 濺鍍機(Sputter) 24
3-1-1 濺鍍原理 24
3-1-2 鍍膜環境控制。 25
3-1-3 磁控濺鍍。 26
3-1-4 濺擊產生率(S) 28
3-1-5 濺鍍系統。 29
3-2 真空排氣系統 29
3-2-1 抽氣流程 29
3-2-2 冷凍幫浦原理與簡易故障排除 30
3-2-3 真空計 31
3-3 超導量子干涉元件 (Superconducting quantum Interference Device) 31
3-4 物理特性量測系統 (Physical Properties Measurement System) 31
3-4-1 溫控 32
3-4-2 磁場控制 32
3-5 磁性量測系統 (Magnetic Properties Measurement System) 34
3-6 皮伏電壓計 (SQUID-based Pico-volt meter) 36
3-7 X-Ray 36
3-8 能量分布光譜儀 (Energy Dispersive Spectrum) 38
3-9 膜厚粗鍍儀 (Alpha Step Profilometer)[15] 39
3-10 薄膜形成的物理機制 40
3-10-1 原理簡介 40
3-10-2 薄膜成長的三種模式: 42
3-11 電流平行膜面量測(CIP) 43
3-12 電流垂直膜面量測(CPP) 44
3-12-1 CPP電阻公式 45
3-12-1-1 正常態CPP樣品[Ni(dNi)/Nb(dNb)]N/Ni(dNi)總電阻公式: 46
3-12-1-2 超導態樣品[Ni(dNi)/Nb(dNb)]N/Ni(dNi)的電阻公式 46
3-12-2 單位面積電阻的表示 46
3-12-3 CPP與CIP電阻量測比較 47
第四章 實驗步驟: 49
4-1 樣品準備 49
4-1-1 CIP樣品的製備: 49
4-1-2 CPP樣品的製備: 50
4-2 樣品量測 51
4-2-1 CIP樣品的電性量測 51
4-2-2 CIP樣品HC2的測量 51
4-2-3 CPP樣品垂直膜面的電流量測 52
4-2-4 CIP樣品的磁性量測 52
第五章 實驗數據與分析 54
5-1 鎳薄膜基本特性量測 54
5-2 CIP鎳電阻率測量 54
5-3 CIP電性量測 56
5-4 CIP HC2的量測 59
5-5 CPP介面電阻量測 70
5-5-1 [Ni(57.9nm/Nb(107.4nm)]x/Ni(57.9nm) 71
5-5-2 [Ni(77.7nm/Nb(11.5nm)]x/Ni(77.7nm) 72
5-5-3 [Ni(dNi)/Nb(27.2nm)]7/Ni(dNi) 73
5-5-4 [Ni(77.5nm/Nb(dNb)]7/Ni(77.5nm) 74
5-6 Global Fit 76
5-6-1 Global Fit簡介[34] 76
5-6-2 兩個參數(2-parameters) Global Fit 76
5-6-3 三個參數(3-parameters) Global Fit 77
5-6-3-1 77
5-6-3-2 79
5-6-4 四個參數(4-parameters) Global Fit 82
5-7 CIP 鈮鎳多層膜磁特性量測 85
第六章 結果與討論 91
參考文獻: 95
附錄Ⅰ 97
附錄Ⅱ 99
附錄Ⅲ 107
dc.language.isozh-TW
dc.subject鈮zh_TW
dc.subject邊際效應zh_TW
dc.subject介面電阻zh_TW
dc.subject多層膜zh_TW
dc.subject鎳zh_TW
dc.subjectNien
dc.subjectNben
dc.subjectmultilayeren
dc.subjectproximity effecten
dc.subjectinterface resistanceen
dc.title鈮鎳多層膜邊際效應與介面電阻之研究zh_TW
dc.titleProximity Effect and Interfacial Resistance in Nb/Ni Multilayer.en
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear96-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.coadvisor李尚凡(Shang-Fan Lee)
dc.contributor.oralexamcommittee姚永德(Yeong-Der Yao),林昭吟(Jauyn Grace Lin)
dc.subject.keyword鈮,鎳,多層膜,介面電阻,邊際效應,zh_TW
dc.subject.keywordNi,Nb,multilayer,proximity effect,interface resistance,en
dc.relation.page95
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2008-07-28
dc.contributor.author-college理學院zh_TW
dc.contributor.author-dept物理研究所zh_TW
顯示於系所單位:物理學系

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