理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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Item 鈷在矽(111)和鍺(111)表面與雙羧基紫精在銅(100)表面上的表面結構變化研究(2009) 蔡松麟; Sung-Lin Tsay此論文主要分為兩個部分,第一個部分的實驗,為鐵磁性物質鈷原子被蒸鍍在矽(111)-7×7與鍺(111)-c(2×8)表面上,隨不同加熱退火的溫度處理後,利用超高真空掃描穿隧顯微鏡(UHV-STM)與低能量電子繞射儀(LEED)來研究鈷島成長行為。第二個部分的實驗藉由電化學掃描穿隧顯微鏡(EC-STM)與循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV),研究有機分子雙羧基紫精 (Dicarboxylatic Viologens)在銅(100)與HOPG表面上隨著溶液偏壓而發生相變的行為。相變會因為外在環境的影響而發生,如同利用加熱退火使得鈷島産生結構的改變,與溶液在外加偏壓下驅使Violognes分子重新排列形成新的排列。 當鈷被蒸鍍在矽(111)-7×7與鍺(111)-c(2×8)表面上,在鈷鍍量低時,表面上出現因為鈷矽與鈷鍺形成合金時所出現的缺陷,為了確認這些缺陷的確是因為鈷與矽形成反應,把鈷鍍在低溫的矽表面,在回溫過程時發現當鈷與矽形成反應時造成缺陷的出現,此反應出現在126K到130K之間。600K的加熱退火之後,會出現Co5Ge7的合金,另外鈷在鍺上有機會形成具有√13×√13 R14°週期性的表面結構,但是出現機率小,所以此結構的週期在LEED上沒有呈現出來,之前也沒有任何的研究發現。當鈷與矽或與鍺形成反應後所呈現的磁性強度遠比單純鈷還來得小,所以銀被選為緩衝層避免鈷與底下的基底反應。在鈷鍍量低時,鈷無法形成2維並且具有週期性的結構在矽(111)-√3×√3表面上,然而鈷能夠形成√13×√13 R14°與2×2的表面結構在鍺(111)-√3×√3表面上在經過加熱退火的處理後。只有當鈷鍍量大於1.8單層之後,才有辨法形成1×1的表面結構在銀/矽(111)-√3×√3表面上。因為銀/矽(111)-√3×√3面具有未滿足的電子態,所以使得鈷在低鍍量時,無法形成具有週期的表面結構,鈷傾向滿足那些未滿足的電子態來降低表面自由能而不是形成2維島,但是當鍍量增加時,鈷不受到那些未滿足的電子態的影響而形成1×1的表面結構,除此之外基底鍺也扮演著重要的角色使得鈷能夠形成具有表面結構的2維島,因為同樣是√13×√13 R14°的表面結構能夠在Si(111)-7×7與矽(111)-√3×√3表面形成,進一步發現√13×√13 R14°與2×2的表面結構跟加熱退火的溫度和鈷的鍍量有關係造成兩種結構的相變。為了避免因為銀/矽(111)-√3×√3表面上的未滿足電子態而使得鈷無法形成具有週期性的2維鈷島,約6單層鍍量的銀鍍在100K的矽(111)-7×7表面上,再經過加熱退火至300oC後,銀能夠形成平坦的表面在矽(111)-7×7表面之上,然後再鍍上鈷,發現依然無法形成具有週期性的2維鈷島,所以是否能夠形成具有週期性的2維鈷島主要是受到鍺基底的影響。 濃度0.1mM的雙羧基紫精在銅(100)表面上發現6種排列的模式,雙羧基紫精在氧化態(+2)時程現出平均分佈的點陣排列與傾斜的排列,在此氧化態時雙羧基紫精的含氮雙芽基平面平行表面,因為+2的氧化態與基底陰離子層氯/銅(100)-c(2×2)之間的作用比分子之間還來得強,在還原態(+1)時分子之間傾向以面對面的方式排列( )形成條紋的圖案,主要發現了亞穩態與鬆散的條紋排列和緊密的條紋排列與雙分子排列,這麼多的排列方式主要是因為此雙羧基紫精具有7個長度的烷基鍵,因此在空間與分子之間作用力的影響下造成了多樣的排列。更進一步發現雙層的堆積在亞穩態時就已經形成了,這是因為氮與氧之間的氫鍵作用力所造成的,所以當溶液濃度升高至1.0 mM時,分子多層堆積的成長被發現,此外也發現了不同陰離子層對分子的排列造成影響,當陰離子層為氯離子時,可以發現然亞穩態,然而當陰離子層為溴時,並沒有發現此態。Item 鎳/鈷/鉑(111)及鈷/鎳/鉑(111)系統其結構與磁性性質之研究(2006) 何慧瑩; Huei-Ying Ho本研究論文主要是利用歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy; AES),低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction; LEED),紫外光能譜術(ultra-violet photoemission spectroscopy; UPS)、以及磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect; MOKE) 來研究Ni/Co/Pt(111) 及Co/Ni/Pt(111) 鏡像系統其成長模式、合金形成及表面磁性的關係。 根據LEED(0,0)光束強度及AES訊號強度隨蒸鍍時間變化的關係,我們得知在室溫條件下,無論是Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 上成長(ML: monolayer),或者是Co超薄膜在1 ML Ni/Pt(111)上成長時,都會先形成2層的層狀成長之後才開始3維的島狀成長。對此二系統而言,其升溫形成合金的過程都可被分成2階段,首先是升溫過程中,Co和Ni會先混合,然後Ni-Co混合層在更高溫時會擴散進入Pt基底,形成Ni-Co-Pt合金。其中,1-3 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統開始產生Ni與Co混合的溫度皆為420 K,此溫度與Ni覆蓋層的厚度無關;然而對1-3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111) 系統而言,產生Ni與Co混合的溫度隨Co覆蓋層的厚度增加而升高。此二系統的Ni-Co混合層開始擴散進入Pt基底形成Ni-Co-Pt合金的溫度,皆隨著覆蓋層的厚度增加而升高。 我們同時也量測在室溫成長時,其磁性隨覆蓋層厚度變化的關係。1層至24層Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 成長時,其磁化易軸(the easy axis of the magnetization)會在垂直樣品表面的方向,具有很強的垂直磁異向性(perpendicular magnetic anisotropy; PMA);1至3層Co原子層蒸鍍在1 ML Ni/Pt(111)上,無論是垂直或者是平行樣品表面我們皆量測不到磁滯的訊號,此現象可能與Ni緩衝層阻隔了Co與Pt接觸有關。樣品經過升溫效應所產生的磁性變化其擴散過程一致。經過高溫處理過後的樣品形成了Ni-Co-Pt合金,合金的矯頑力(coercivity)大小可經由升溫時產生的合金濃度變化來控制。 根據比較1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)與1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的實驗結果,我們發現當退火溫度(annealing temperature)介於750 K 和780 K之間時,表面合金結構會由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3,藉由計算接近居禮溫度(Curie temperature)時的值(critical exponent),我們得知此時表面的磁性結構亦由2維磁性結構的轉變成3維磁性結構,並且,在表面合金結構由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3之時,居禮溫度隨退火溫度升高而下降的現象變得更明顯。此外,在相同退火溫度條件下,1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的居禮溫度一直比1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)系統的居禮溫度高,我們認為這種現象與Ni、Co的成分比有關。我們也經由研究2 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、2 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)、12 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、以及24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)等系統來探討Ni、Co的成分比對居禮溫度的影響。 另一組鏡像系統,2 ML Ni/2 ML Co/Pt(111)和2 ML Co/2 ML Ni/Pt(111),經過退火之後,我們意外地發現樣品產生了spin reorientation transition (SRT),這種現象在以1層Co及1層Ni當作緩衝層的系統中,完全沒有被發現過。我們認為Ni、Co的成分比及其分佈的均勻度應是造成此現象的重要因素,在本論文中我們會加以討論。Item 雙羧基紫精對 Co/Cu(100) 薄膜的磁性影響研究(2012) 周依函本研究利用電鍍的方式成長鈷薄膜於銅(100),並量測其磁性表現,之後加入紫精酸分子於水溶液中,探測其磁性表現,並改變基底電位做一系列磁性表現之研究。首先,以紫精酸加入鹽酸水溶液中,了解紫精酸吸附於基底銅之情形,發現以負電位方向掃描可以使表面上的紫精酸排列較為一致。再者,研究鈷吸附於銅表面上,發現在銅臺階邊緣容易有鈷的吸附,且較難退吸附;而在銅臺階上較少鈷的吸附,且較易退吸附。嘗試以不同電位電鍍鈷薄膜,發現在-1050毫伏電鍍,形成的鈷薄膜較為平整,量測其磁性其矯頑場較小;以-1150毫伏電鍍鈷,形成的鈷薄膜表面起伏較大,薄膜之矯頑場較大。綜合以上條件,以-1050毫伏電鍍鈷薄膜,再將基底電位至-850毫伏、-800毫伏、-750毫伏、-700毫伏量測磁性,發現隨基底電位改變,薄膜之矯頑場變大,證明在這一簡單的單一磁性薄膜系統之磁性表現,可藉由水溶液中電位之改變來調變。接著,以相同的薄膜,將水溶液中加入紫精酸分子,同樣將基底電位設定為-850毫伏、-800毫伏、-750毫伏、-700毫伏量測其磁性表現,發現隨電位改變薄膜之矯頑場會變大。比較相同層數的鈷薄膜,在相同電位下,水溶液中含紫精酸時的矯頑場較小,表示薄膜與水溶液之介面會影響薄膜磁性的表現。Item 紅熒烯/鈷雙層結構在矽(100)上的結構與磁性研究(2012) 許智瑜我們利用原子力顯微鏡(AFM)、磁光柯爾效應儀(MOKE)以及與外校合作的X光繞射儀,去探測磁控濺鍍的鈷(cobalt)與蒸鍍的紅熒烯(Rubrene)在矽(Si)(100)基板上的結構與磁性,首先第一部分探討單一種材料Co/Si(100)與Rubrene/Si(100)的磁特性、表面結構以及整體結構,鈷有hcp結構,紅熒烯有網狀結構且在450 K與550 K兩個溫度退火後,結構變差。再來第二部分兩種材料順序不同分成三組,第一組Co/rubrene/Si(100)、第二組中間Rubrene退火Co/Rubrene-550k/Si(100),以及第三組Rubrene/Co/Si(100)三組,磁特性與結構的不同,以及結構與磁性的相互影響。第一組與第二組矯頑力與表面粗糙度相關,表面粗糙度越大,矯頑力越大。第三組上層紅熒烯薄膜會衰減殘磁與飽和磁化量的強度。最後一部分由於應用元件常以多層膜方式來製作,可以增進由介面效應所引致的特殊磁特性,以及增進各磁性層間的交換耦合作用影響,第三部分分析多層膜(20 nm Rubrene/40 nm Co)7/Si(100)的磁性與結構,每一層鈷的結構再蒸鍍上紅熒烯後都會重新恢復平坦表面,且矯頑力更小。Item 鈷在銀/鍺(111)-c(2×8)及鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)及(4×4)表面的結構衍化(2012) 徐仲俞; Hsu,Chung-Yu我們利用歐傑電子能譜(Auger electron spectroscopy,AES)、低能量電子繞射(low-energy electron diffraction )來深入探討銀在鍺(111)-c(2×8)及鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)R30°及(4×4)隨著不同退火溫度下表面的結構衍化。 室溫下,銀原子在鍺(111)的成長模式為層狀成長之後再以三維島狀的Stranstri-Krastanov (SK) mode。室溫蒸鍍不同鍍量的銀在鍺(111)-c(2×8)上並退火到420 K至930 K之間,隨著溫度上升至570 K,超過1 ML的銀原子會退吸附直到剩下1 ML的銀,最後在退火溫度為930 K時,銀原子會完全退吸附。在退火過程中,隨著不同的退火溫度及銀鍍量,銀/鍺(111)的結構,由原本的c(2×8)分別會形成(1×1)、(3×1)、(4×4)或(√3×√3)R30°的結構。 室溫蒸鍍鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3) R30°及(4×4)上並退火到420 K至930 K之間,鈷在銀/鍺(111)-(√3×√3)R30°及(4×4)的結構上,在退火溫度570 K時,鈷會形成(√13×√13)及(2×2)的重構,而在退火溫度為650 K和730 K時,鈷都是形成(2×2)的重構,在退火溫度為830 K時,鈷原子會退吸附,此結果顯示鈷與基底不會形成合金。Item 鈷及鐵薄膜於鎢(111)表面上的結構與磁性(2011) 林奕成; Yi-Cheng Lin在本篇報告中我們於100K的溫度將鈷或鐵蒸鍍在鎢(111)的表面並升溫至室溫後,藉著低能量電子繞射以及磁光柯爾效應探討其結構與磁性,此外我們將呈現樣品熱處理過程中所觀察到的特殊磁現象。Item 鈷在鉑上形成超尖磁性奈米針尖之研究(2009) 江佳倫; Chia-lun, Chiang我們利用場離子顯微鏡在超高真空的環境中觀察兩種磁性奈米針尖的成長,一種是利用表面皺化機制形成的鈷鉑合金金字塔形奈米針尖;另一種是藉由鈷在鉑(111)面的S. K. mode長成以鉑為基底的鈷奈米針尖。前者針尖生長於皺化形成的鈷鉑合金多面體之稜線交接處,分別位於{531}及{210}切面,{531}切面的金字塔是由擴張的{111}、{110}、{311}切面堆積,{210}切面的金字塔則由擴張的{110}及兩個{311}切面組成。而後者針尖是在室溫及20K時鍍鈷4~5ML於鉑(111)面,鈷原子先依鉑基底以FCC結構排列,再於其上堆積單顆、雙顆或三顆原子團,這些在鉑(111)面成長的鈷原子團即是一種無特定針形的奈米針尖。Item 紅熒烯與鈷在矽(100)上形成複合材料的結構與磁性研究(2013) 侯詠智本實驗室利用磁光柯爾效應儀(MOKE)、原子力顯微鏡(AFM)與X光繞射儀(XRD),來分析使用磁控濺鍍的鈷(Cobalt)與蒸鍍的紅熒烯(Rubrene)在矽(Si(100))基板上的結構與磁特性,第一部分先探討Co/Si(100)的不同濺鍍功率的表面結構與磁特性,再來是Rubrene/Si(100)的不同溫度與不同厚度之表面結構,Co/Si(100)於所有濺鍍功率都會有三角錐結構,只是濺鍍功率低的比例較少,而Rubrenen/Si(100)於不同的溫度與時間都會有結構上的變化,但無論是改變蒸鍍溫度或時間,表面的堆積過程是雷同的,都是由顆粒狀轉變為網狀結構。第二部分將不同的鈷與紅熒烯混合比例分成三組,第一組Co0.5Rubrene0.5/Si(100)、第二組Co0.6Rubrene0.3/Si(100)、第三組Co0.75Rubrene0.25/Si(100),改變鈷的鍍率但紅熒烯的蒸鍍條件完全相同,分析結構與磁性之間相互影響之現象。這三組皆無三角錐結構,第一組樣品表面平整,且矯頑力與表面粗糙度相關,表面粗糙度越大矯頑力越大。第二組與第三組較薄的前幾個樣品開始出現顆粒狀結構,且矯頑力與顆粒大小相關,顆粒越大矯頑力越大。為後一個部分是將Co0.5Rubrene0.5/Si(100)與Co0.75Rubrene0.25/Si(100)這兩組的紅熒烯使用酒精沖洗掉,分析其表面結構與磁性的關係,發現這兩組表面有不一樣的成膜方式,但相同的是洗掉紅熒烯會將部分懸浮的鈷粒一起帶走,所以洗掉紅熒烯後的矯頑力比洗掉前小。Item 鋪覆超薄膜於針狀金屬表面之現象研究(2013) 陳晏清; Chen Yen Ching本實驗藉由場離子顯微鏡,觀察超薄膜鋪覆於針狀金屬表面之現象。其實驗現象可分為兩方向討論,其一為覆鉑於鈷針狀結構,由於切面擴張產生皺化現象。加熱退火至600K,可發現由於鉑之鋪覆,增加表面能異向性、降低皺化所需之加熱退火溫度,使得表面自由能較低的(0001)、(1013)、 (1013)切面擴張,並形成單條稜線,但由於鈷為非耐火性之材料,因此易受加熱退火影響,使得稜線成長不完整,難以觀察到金字塔堆疊。 另一方向為,覆矽於銥及鉑針狀結構,成長單層皺形之蜂巢結構-Silicene。由於場離子顯微鏡可看到同一樣品之各個切面,因此可觀察矽於各個切面成長之穩定結構:覆矽於銥(111)切面可發現,同時蒸鍍及加熱退火,可成長較特殊的結構;於銥(100)切面可觀察到矽原子排列成(3×2)之結構;於(311)、(310)及台階邊緣可成長帶狀、六角結構。 覆矽於鉑(111)切面,可觀察切面上可成長六角結構,與現在備受討論的議題-「Silicene」具有相似結構,因此推測鉑也可能成為成長Silicene之基底。Item 鈷在矽(111)-7×7與鈷在(√3×√3)-Ag/Si(111)表面隨溫度變化之行為研究(2006) 郭長祐室溫下的鈷會與矽發生電子轉換的反應,而使得矽(111)-(7×7)的adatom從原本在掃描穿隧顯微鏡(STM)下的亮點轉而成為暗點,經由統計發現鈷所造成的電子態轉換集中在(7×7)重構中未堆疊錯誤半單位晶格的中間位置的adatom上。 我們利用可變溫的掃描穿隧顯微鏡(VT-STM),在不同的低溫下觀察鈷在矽表面的行為。經由實驗與統計,我們發現鈷在100K的溫度下不會與矽基底發生電子的轉換。再接下來的變溫實驗裡,我們成功的找出鈷在矽表面發生電子轉換的臨界溫度為126K ~ 130K之間。我們並推測,在較高溫度時鈷原子會有擴散的行為,擴散到(7×7)重構中未堆疊錯誤半單位晶格的中間位置並與adatom發生反應。 在鈷蒸鍍在(√3×√3)銀/矽(111)的系統裡,我們發現室溫下的鈷是單純且均勻的吸附在銀/矽的表面上,並沒有對銀/矽的表面產生任何的變化。我們將溫度升高至100、200、300、400及500℃後,再進行STM的觀察。觀察後發現,溫度升高至200℃之後,鈷的原子團開始發生聚集。隨著溫度的增加,鈷原子的聚集現象越明顯,而且有向√3島的邊緣聚集的趨勢,但我們仍然沒有發現鈷原子對於銀/矽的基底造成其它的影響。因此我們知道,單層的銀原子就可以有效的阻止鈷與矽產生電子的轉換。