Abstract
在本研究利用雙離子槍系統製備不同成分比例的Ni3Fe/(Ni, Fe)O奈米顆粒薄膜以及雙層薄膜。奈米顆粒薄膜之結構透過低掠角繞射分析，結果發現Ni3Fe的晶粒隨著氧氣含量增加(從2.78%增加至7.89%)而下降(從8.44±0.30 nm下降至3.40±0.30 nm)。高解析度穿透式電子顯微鏡(HRTEM)影像的分析結果顯示，奈米顆粒薄膜中包含鐵磁相的Ni3Fe以及反鐵磁相的FeO、α-Fe2O3和NiO。結合選區繞射和Multislice模擬來分析結構中鐵磁相與反鐵磁相的莫耳數比例，得到Ni3Fe相的莫耳分率(XNi3Fe)隨氧氣流量先稍微增加而後減少，其中當氧氣含量為7.89%時，結構中的Ni3Fe相微乎其微(XNi3Fe=0.0103±0.009)。X-ray小角度散射分析結果顯示，結構中Ni3Fe相之間的平均距離隨氧氣流量增加，從7.95 nm增加至8.08 nm。磁性質以超導量子干涉儀量測，其交換偏壓和Ni3Fe的晶粒大小成反比關係；但是當氧氣含量超過7.89%時，因為結構中幾乎沒有Ni3Fe相的存在，所以量測不到磁化量的貢獻。雖然交換偏壓和Ni3Fe粒徑成反比，但是卻和Ni3Fe相之間距(即反鐵磁相的厚度)沒有明顯的相關性，綜合上述結果，根據Random Field Model和Domain State Model，我們可以推論奈米顆粒薄膜的交換偏壓是和鐵磁相與反鐵磁相之界面有相關，而非反鐵磁相的厚度。 在奈米顆粒薄膜和雙層薄膜比較中，結合成分分析以及Scherrer equation 之Ni3Fe晶粒尺寸分析結果來計算奈米顆粒薄膜中鐵磁/反鐵磁相的接觸面積，在相同鐵磁/反鐵磁含量比例的條件下，發現即使奈米顆粒薄膜的接觸面積約為雙層薄膜(量測薄膜面積)的九倍(Ni3Fe/NiO以及Ni3Fe/FeO分別佔68%、32%），前者的交換偏壓值為後者的260倍。細部分析高解析度穿透式電子顯微鏡影像，發現奈米顆粒薄膜中鐵磁相與反鐵磁相的界面中，有47.6%的區域有缺陷(孔洞、鍵結扭曲)存在，這些區域會誘發自旋挫敗，進而阻礙交換耦合的發生，產生低的交換偏壓值。