Browsing by Author "陳含章"

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    鐵磁共振量測的訊噪比技術提升研究
    (2015) 陳含章; Han-Zhang Chen
    中文摘要 磁性材料的鐵磁共振量測是研究自旋動力特性的一大利器，其原理非簡單，可是商用的共振量測儀非常昂貴，數年前本實驗室成功開發出一臺以網路分折儀(Vector-Network Analyzer; VNA)為基礎的鐵磁共振儀(Ferromagnetic Resonance Spectrometer;FMR)，然而它的數據擷取速度與靈敏度都有許多改善空間。因此本論文主要用不同的量測方法與技術來探討鐵磁共振儀的訊噪比(signal-to-noise ratio;SNR)表現，期望找出最佳的儀器量測參數。 VNA-FMR量測速度較慢的主因是VNA內部的數據平均處理慢，每點作十次平均約需0.5 秒，一千點的頻譜便要8分鐘左右，若樣品的訊號較弱則所需的時間更長，數個角度的FMR量測會使電磁鐵過熱而終止實驗。為了加快FMR的量測速度，我們跳過了VNA內部的訊號處理，這時VNA只作為一台提供X-band微波波源的機器，微波經由環路器注入共振腔，經樣品反射再由環路器的另一端進入微波偵測器，擷取偵測器的輸出訊號與外磁場的變化關係便得到FMR頻譜，這時增加了量測速度但犧牲了靈敏度，因此我們再加入調變磁場－鎖相放大技術來提升其靈敏度。由於渦电流(Eddy current)的影響，共振腔內磁場隨調變頻率(fm)增加而遞減，因此在fm =3 kHz時訊噪比表現最佳，這時調變磁場約為5.5高斯。在時間常數tc = 100 ms時，10nm Py的FMR訊噪比高於300，這高於使用VNA-FMR和沒有鎖相法直接測量的結果。若要再增強SNR，需要提高調變磁場到10-20高斯間，因此渦电流的問題需要解决才能達成。 FMR現象可用Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程式來描述，從其解與實驗數據的分析可得到如磁異向性常數、耦合因子、阻尼常數等重要磁性特徵參數，本論文也編寫Matlab程式碼來找出坡莫合金(Permalloy)薄膜的磁性特徵參數。