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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    鎳鐵合金二維磁振子晶格之鐵磁共振譜研究
    (2023) 吳承恩; Wu, Cheng-En
    在這篇研究中,我們回顧了不同形狀、直徑、厚度的Py圓點陣列對鐵磁共振(ferromagnetic resonance, FMR)造成的影響。並且為了提高磁性薄膜的磁性能,對不同的墊材進行研究。在這項實驗中,我們使用了電子束微影技術分別製作薄膜和直徑為5 μm,邊對邊間距為5 μm,厚度為30 nm的鎳鐵合金圓點陣列。並且透過電子束蒸鍍儀系統在室溫條件下成長樣品。我們選擇了共平面波導(Coplanar waveguide, CPW)的樣品結構,利用向量網路分析儀(vector network analyzer, VNA)輸入微波信號,在外加磁場的作用下,測量了鐵磁共振(ferromagnetic resonance, FMR)現象。
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    鈷鐵硼銅薄膜的磁光柯爾效應及鐵磁共振研究鈷鐵硼銅薄膜的磁光柯爾效應及鐵磁共振研究
    (2012) 陳均達; Jyun-Da Chen
    在二氧化矽(SiO2)的基板上,以磁控式共濺鍍(Co-Sputtering)成長20nm及30nm (Co40Fe40B20)1-xCux薄膜,其x分別是0、15、25、35及50。柯爾磁光效應(Magnetic Optical Kerr Effect, MOKE)對樣品做不同角度的量測可得知磁異向性;當參雜Cu比例增時CoFeBCu薄膜的表面磁異向性從二重對稱(2-fold symmetry) 過渡到各向同性。以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)量測樣品表貌,發現隨著參雜金屬Cu增加時,樣品從柱狀排列變均勻分布的顆粒排列,印証了磁異向性的變化。樣品的矯頑力(coercivity)也隨著金屬Cu成分增加而變小;從0.052(Oe)下降至約為0(Oe)。從鐵磁共振(Ferromagnetic Resonance, FMR)分析結果顯示樣品的磁異向性係數Ku(anisotropy constant),隨著參雜金屬Cu成分增加從7.33 (J/m3)下滑至3.33(J/m3),吉爾伯特阻尼係數α(Gilbert damping constant)則隨著Cu成分增加從0.05上升至0.18。
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    PLD製作Py(100)/Cu(100)/H-Si(100)薄膜與其磁性行為研究
    (2014) 趙晉鴻; Cing-Hung CHAO
    利用脈衝雷射沉積(Pulsed laser deposition, PLD)法在室溫下製作厚度5nm至100nm之銅與鎳鐵 (Ni80% Fe20%, Py)薄膜於H-Si(100)基板上,Cu(100)為了降低晶格失配度從33.3 %降為5.7 %,故旋轉45度使Cu[100]平形H-Si[110]進行磊晶,樣品經X光繞射實驗確定單晶Cu(100)結構生成。FCC-Py(100)因與FCC-Cu(100)間的晶格失配度為1.7%,因此Py(100)可穩定地磊晶於Cu(100)上。藉由X光ϕ-scan的量測也證實基板與薄膜間的晶向關係為Si [110]//Cu[010]//Py[010]。而[Py/Cu]10的多層膜樣品在X光繞射實驗上發現具有超晶格結構。 在磁性量測上,由LMOKE發現樣品具有單軸磁異向性,並且易磁化軸與難磁化軸分別平行於Py[010]與Py[100],單軸磁異向性可能是由於晶格失配度產生應變,破壞FCC-Py的四重對稱所造成。從這次的研究結果發現,樣品的矯頑場隨著Py厚度的增加從1.7Oe增加到3.0Oe。其他的磁性參數由FMR量測結果經計算得出,阻尼常數當Py厚度為10nm時,有最小值 1.25×〖10〗^(-2),之後分別因為渦電流效應與晶格失配度導致阻尼常數隨著Py薄膜厚度的增加或減少皆為上升。
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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。
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    以磁光科爾效應及鐵磁共振研究鈷鐵硼銅薄膜磁性行為
    (2013) 曾暄君; Hsuan-Chun,Tseng
    磁控式共濺鍍(Co40Fe40B20)1-xCux薄膜成長於SiO2/Si(100)基板上,總厚度40nm的薄膜x從0至44%,而50nm的則從0至68%;樣品的比例成份及縱深分佈分別用X射線光電子能譜及二次離子質譜來分析,薄膜樣品的表貌則使用原子力顯微鏡來檢測;樣品的磁性行為則是用MOKE與FMR來測量。40nm薄膜的表面平均粗糙度為0.4-1.7nm,銅比例在15-37%範圍間,粗糙度與晶粒大小隨銅比例增加而提高,當銅增加至44%時,粗糙度與晶粒尺寸開始下降;從X射線繞射(XRD)數據得知參雜銅於鈷鐵硼中具有非晶態結構,但當銅增加至66%時XRD在2θ=43.5°出現微弱Cu(111)訊號。 使用縱向磁光科爾儀量測磁滯曲線,發現參雜些微的銅在薄膜平面上出現磁異向性,並以鐵磁共振儀量測微波訊號下共振磁場位置,數據顯示磁易軸矯頑場(Hc)以及角度0°的共振磁場(Hres)皆隨著銅比例增加而降低,40nm銅比例從0升高至44%,Hc從106降低為37.5Oe,Hres從10.8降至7.5KOe,50nm銅從0增加至68%,Hc從105降低為13Oe,Hres從12.5降至5.5KOe,矯頑場降低的原因是銅比例增加使鐵磁物質含量變少,造成鐵磁物質間交換耦合變弱,這與共振磁場隨銅比例增加導致材料內鐵磁耦合減弱而降低的結果一致。 鈷鐵硼銅的阻尼常數,40nm薄膜阻尼常數介於0.010-0.019的範圍,50nm薄膜阻尼常數為0.008-0.017,比預期的阻尼常數相比有偏高的趨勢,推測是參雜銅造成薄膜不同區域地磁矩進動方向與頻率的不一致,導致阻尼常數提高。
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    鐵磁/一般金屬異質結構的鐵磁共振與自旋電子學之研究
    (2016) 李釗豪; Lee, Jhao-Hao
    我們使用E-beam lithography和Photo lithography技術將樣品製作成狹長型的結構並且使用Microstrip以及共平面波導(coplanar waveguide,CPW)來輸入微波訊號,目前我們實驗成功的量測到鐵磁共振(ferromagnetic resonanceand,FMR)訊號。 當鐵磁材料/一般金屬異質結構在鐵磁共振的條件下,因為自旋幫補效應(spin pumping effect,SPE),使得自旋流不斷地流入一般金屬。我們利用鐵磁共振的訊號分析磁化飽和量 以及Gilbert阻尼參數 ,比較單層鐵磁材料以及鐵磁/一般金屬異質結構材料的 ,發現鐵磁/一般金屬異質結構的 大於單層鐵磁材料的 ,得知我們使用鐵磁/一般金屬異質結構(Py/Pt)有自旋流成功的產生。 然而自旋電流無法直接地被量測到,但是因為自旋-軌道作用(spin–orbit interaction)導致逆自旋霍爾效應(inverse spin Hall effect,ISHE)進而產生電荷電流,未來我們會在樣品的兩端再加上直流(DC)訊號的量測。在此實驗中除了ISHE還會有自旋整流效應(spin rectification effect,SRE)為了區分這兩種不同訊號的電流,未來我們將會使用了此篇論文[1]的方法來進行室溫實驗的分析,並且使用[2]的方法在低溫環境(< 1.5K)下做測量分析。