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 光譜算圖之進階採樣方法(2023) 潘慶; Pan, Ching隨著科技的發展,無論在遊戲或是模擬或是室內設計上,算出一張擁有正確光影特效的圖成為一件非常重要的事情。傳統上使用如path tracing等等可以收斂出正確結果的演算法往往會需要大量的時間。隨著GPU性能的增加,人們認為在不久的將來就可以見到遊戲等應用使用相關的技巧做及時的計算。然而,傳統的演算法如path tracing並沒有考慮到光的頻率波長等等,因此傳統上使用這類的方法無法得到包含色散等等的結果。雖然將演算法調整以支援波長的採樣並不是一件難事,然而,若是加入了波長相關的計算會因為多一個維度採樣的原因使得整體結果更加難以收斂。本篇論文的主要目標便是透過各種採樣的技巧嘗試降低波長採樣帶來的收斂減速效果,使得我們可以在一個合理的時間內得到一張包含色散效果的相對沒有太多雜訊的圖。Item 微波介電材料MgTiO3-CaNdTiO3系統(2011) 游鎮遠; J. Y. You微波介電材料CaTiO3具有極高的介電常數,非常符合現代微波被動元件小型化的需求,但其缺點為過高的共振頻率溫度係數 。我們摻雜 為負值的MgTiO3,組合成 趨近於0的複合物,本論文的主旨是探究MgTiO3- CaNdTiO3系統之光譜性質。 我們測量(1-x)MgTiO3-xCa0.61Nd0.26TiO3+Mn2O3 (x = 0.2、0.4、0.6、0.8)樣品的拉曼散射光譜,715 cm-1拉曼散射峰屬於氧八面體呼吸振動模,其強度隨x增加而變小,並與微波頻段之Q × f值的變化趨勢一致。此外,Ca1-yNd2y/3TiO3+Mn2O3 (y = 0.3、0.39、0.48)樣品的524 cm-1氧八面體扭轉振動模的半高寬與Q × f值呈現反比關係,這些實驗結果意味著,氧八面體的振動與樣品的介電特性有緊密關聯性。 我們測量上述樣品的紅外光反射光譜,發現紅外光活性振動模中,氧八面體相對於B site陽離子彎曲振動模為樣品介電常數的主要貢獻者,且其所占介電損失的比例也最大。此振動模的對稱性低,具有較大之極化能力,亦即離子轉動的程度較大,因此產生更大的阻尼所導致。Item 多鐵材料YMnO3薄膜之光譜性質研究(2009) 聶安莉; Nieh, An-Li我們研究不同結構的多鐵性材料YMnO3薄膜之光譜性質,分別以YSZ基板製成的六角晶系結構與SrTiO3基板製成的正交晶系結構,並探討在光譜上是否可以觀察得到磁電耦合的存在。 首先,比較基板與薄膜樣品的室溫光譜,我們觀察到六角晶系與正交晶系YMnO3薄膜在遠紅外光區皆有數個聲子吸收峰,可分別對應於[Phys. Rev. B 56, 2488 (1997)]及[Physica B 262, 1 (1999)]的第一原理計算結果,在近紅外至紫外光區的吸收峰,六角晶系YMnO3薄膜在1.6、2.4及5 eV,正交晶系YMnO3薄膜在5 eV,顯示著有電子能階躍遷的貢獻,由此印證了YMnO3薄膜在不同的基板下製備會形成不同的結構,同時也會展現各自的光譜性質及物理意義。 其次,我們研究這些樣品的變溫光譜響應,隨著溫度降低,六角晶系YMnO3薄膜在156、202及595 cm-1與正交晶系YMnO3薄膜在584 cm-1的振動模因為熱效應的緣故,頻率位置出現藍移現象且半高寬變窄;正交晶系YMnO3薄膜在450 cm-1處,隨溫度降低有下陷的趨勢,這是由於SrTiO3基板的結構相轉變所致;六角晶系YMnO3薄膜在高頻1.7 eV處,接近相變溫度時,頻率位置之斜率變化較陡峭,此現象可能與錳離子間磁矩之超交換相互作用效應有關。Item 弱鐵磁超導性 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, Sm, and Nd) 之光譜性質研究(2008) 郭俐吟我們研究 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, Sm, and Nd) 多晶樣品的光譜性質。RuSr2GdCu2O8 樣品的室溫拉曼散射光譜與之前的論文 [Physica C 341, 2209 (2000)] 結果相當吻合,以離子半徑較大的稀土元素 (R = Eu, Sm, and Nd) 取代 Gd 離子時,可觀察到 A1g(5) 及 A1g(6) 振動模的頻率位置隨著置換離子半徑增大出現紅移現象且半高寬增大,印證了中心離子變大造成單位晶胞體積增加的趨勢。 其次,我們研究這些樣品的變溫全頻反射光譜。室溫時,由光譜圖中可觀察到 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, and Sm) 三個樣品在低頻處有居德響應,表示樣品呈現金屬性。隨著溫度的降低,RuSr2GdCu2O8 樣品的 638 cm-1 振動模及 RuSr2EuCu2O8 樣品的 656 cm-1 振動模頻率位置出現藍移現象且半高寬變窄。相反地,RuSr2NdCu2O8 樣品的 346、583 及 648 cm-1 振動模隨溫度降低出現紅移現象,我們猜測這些聲子頻率的位移可能是因為電子自旋與聲子耦合的影響,或是在降溫後樣品結構上出現局部相轉變有關。在超導相變溫度以下時,我們利用偏總和定則,計算出有效電荷數的減少量,並進一步估算出 RuSr2GdCu2O8 與 RuSr2EuCu2O8 的倫敦穿透深度 (λL) 約為 9410 Å 與 23805 Å。Item Re3Ga5O12塊材與Ba(Mg1/3Ta2/3)O3薄膜之光譜性質研究(2008) 王信介; Hsin-Chieh Wang我們研究不同稀土元素取代之 Re3Ga5O12 (Re = Nd, Sm, Eu, and Dy) 塊材以及不同成長條件之 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜的光譜性質,並 探討紅外光譜特徵與其微波特性的關連。 首先,我們觀察到 (i) Re3Ga5O12 塊材具有 14 個遠外紅光區聲子 振動,並推算出離子晶格貢獻的介電常數與品質因子;(ii) 在 200 cm-1 ~ 800 cm-1 的鎵四面體的內膜振動聲子決定了大部份的介電特性,隨 著鑭系收縮效應聲子振動頻率呈現合理的藍移,其中介電貢獻第一、 二名的 9、10 號聲子 (同為鎵四面體非對稱彎曲振動模),其半高寬 趨勢與微波量測所得的品質因子趨勢呈高度負相關,可說 Re3Ga5O12 塊材複雜的結構中鎵四面體主導了其主要的介電性質。 再者,我們觀察到 (i) Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜巨觀排列屬於無序的 立方晶系結構 ( Pm3m ),微細結構則介於無序立方晶系及有序六角 晶系結構 ( P3m1) 間的過渡態,此外隨著鍍膜時間的增加,我們發現 到 BaCO3 雜相的生成,這影響了Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜品質;(ii) 利 用紅外光光譜推算薄膜的介電特性,薄膜靜介電常數最高可達到 13.27,與塊材 (約 25) 有段距離,而品質因子最好僅為 9980 GHz, 與塊材 (約 70000 GHz) 相距甚遠。Item n-型氮化銦薄膜之光譜性質研究(2008) 呂俊億我們研究利用有機金屬氣相磊晶法成長在 (0001) 藍寶石基板上的 n 型氮化銦薄膜 (膜厚為 120 ~ 220 nm 左右) 之光譜性質。我們觀察到n 型氮化銦薄膜的室溫光激螢光光譜強度最大的頻率位置約在 0.8 eV。我們也發現另一個出現在 0.96 eV的光激螢光訊號,其物理機制目前尚未明瞭。此外,主要的光激螢光峰值隨著溫度下降,出現些微的紅移、藍移以及紅移的現象,其原因來自於熱擴張效應、帶尾能隙的載子受熱擾動及聲子干擾造成晶格受熱擾動等影響而成。 我們量測 n 型氮化銦薄膜的變溫反射光譜 (溫度範圍為 10 K 和 340 K 之間)。室溫遠紅外光光學電導率包括了在448 cm-1 與475 cm-1的A1(TO) 和 E1(TO) 兩個振動模。利用非簡諧振盪的模型可以解釋聲子擬合參數隨溫度的變化。有趣地是,居德電漿頻率 (~ 5200 cm-1) 及能隙行為之吸收峰 (~ 7500 cm-1) 不隨溫度變化,反之,電荷載子的碰撞率隨著降溫而變小。我們也藉由橢圓儀量測n 型氮化銦薄膜的光譜響應,介電函數顯示在 1.4 eV、3 eV、5 eV、5.3 eV以及6.1 eV 具有吸收峰,這些吸收峰的能量位置與氮化銦之電子結構理論計算結果相符。Item 錳氧化物、含鋰的鈦氧化物及磁熱材料的光譜與結構性質研究(2005) 何金龍; Jim Long Her我們對磁性錳氧化物、鋰鈦氧化物,及具有巨磁熱效應的材料,進行晶格結構及光譜學的研究。首先在對單晶La1-xSrxMnO3樣品的系列研究中,我們的光譜顯示,隨著Sr含量增加,晶格的楊-泰勒扭曲效應變小。此外,我們在拉曼散射譜發現,當Sr含量高於0.15時,材料的結構會從正交變成菱形晶格。藉由分析聲子頻率隨溫度的變化,我們也第一次發現,當Sr含量很小的時候,樣品在低溫的時候,自旋跟晶格間的耦合常數會很大。我們經過模型的計算,得到這些晶格跟自旋間的耦合常數的大小,比其他的磁性錳氧化物大一個數量級。另外,我們也研究了層狀的錳氧化物系統La1.2(Sr1.8−xCax)Mn2O7。在Ca含量低的時候,我們觀察到內部伸張振動的拉曼聲子頻率會在居里溫度以下產生藍位移現象。結合我所作的變溫晶格研究,我們發現這個頻率的變化,與晶格無關。我們反而可以用偏極子的傳輸模型來解釋。而這個拉曼聲子頻率的異常變化會隨著Ca含量的增加而消失,代表摻Ca會改變晶格環境,從而影響偏極子的傳輸性質。 接著,我在超導性Li1+xTi2O4的研究裡發現,Li1+xTi2O4在中紅外區2000個波數附近,有一個吸收峰,這在高溫超導體銅氧化物是常見的特徵。最後,我們對巨磁熱效應材料,Gd5(Ge2-xFex)Si2,進行了變溫及加磁場的X光繞射實驗,分析其晶格的變化。我們發現對x = 0.05的樣品而言,它的晶格結構在低溫是正交晶格,當溫度升到居里溫度以上,結構會變成單斜晶格。而對x = 0.20的樣品而言,溫度高於居里溫度時,兩種晶格結構的成份會同時存在。而當我們對這兩種樣品使處於比居里溫度略高的溫度並且施加外場時,材料中具有正交晶格與鐵磁性質的成份會增加,單斜部份會減少。我們的結果顯示,材料中兩種結構的比例隨溫度與外加磁場的增減,與樣品表現出的磁性質有緊密的關連性。Item 鑭系錳氧化物之光譜及磁力顯微術研究(2005) 呂坤陞我們研究不同厚度之La0.7Sr0.3MnO3薄膜與Nd0.5Ca0.5-ySryMnO3 (y = 0.08及0.09)塊材的光譜響應,分別探討薄膜結構上之奈米顆粒尺度,及薄膜與基板間晶格不匹配的效應、改變二價離子的平均半徑、溫度與外加磁場變化,對錳氧化物的晶格與電子結構造成的影響。 首先,我們觀察到當La0.7Sr0.3MnO3薄膜厚度超過30 nm時,由於奈米顆粒尺寸增大,遠紅外光譜呈現出與塊材相近的聲子振動響應,並在中紅外光區出現 的電子躍遷吸收;而低溫光譜顯示隨著溫度降低,300 nm厚度之La0.7Sr0.3MnO3薄膜的居德權重增加,中紅外光區極化子的束縛能逐漸下降,顯示樣品在低溫下的導電性漸增,與極化子響應有緊密的關連性,同時也印證了磁力影像上所觀察到鐵磁態磁區隨溫度降低而成長的情形。 另外,Nd0.5Ca0.5-ySryMnO3在些微Sr摻雜量的改變後,造成了光譜上極大的差異性。y = 0.08樣品在降溫過程中,由於電荷有序性現象,在190 K出現了金屬-絕緣的相轉變現象,並在490 cm-1左右形成了一個能隙,而y = 0.09樣品則一直保持為絕緣態,能隙隨著溫度愈低而增大,但在3 T以上的外加磁場時,卻破壞了其原來的電荷及軌道有序性所造成的絕緣態,展現了金屬態的行為。Item 三晚期恆星之毫米波段取樣光譜普查(2007) 沈景華AGB星的拱星包層(CSE)一直是電波天文學家研究關注的焦點之一。到目前為止已經有超過60種分子在AGB星的拱星包層中被發現。為了進一步了解伴隨AGB星演化成原生行星狀星雲 (PPN) 時,其拱星包層的同步化學演化,我們使用亞利桑那電波天文台(ARO)在基特峰上的12米電波望遠鏡,對三個富碳型目標電波源 – IRC+10216 (是一個AGB星)、CRL2688與CRL618 (是兩個年輕的PPNe) – 進行取樣式分子光譜線普查。我們共觀測了27段頻寬600-MHz的頻帶,觀測頻率涵蓋3毫米(68-116 GHz)和2毫米(130-180 GHz)兩個波段。我們利用UniPops光譜分析軟體處理觀測所得之光譜資料,並從CDMS、JPL與NIST三個分子光譜資料庫,比對並鑑別觀測到的分子譜線。 我們在三個目標源共偵測到來自31種不同星際分子(包括同分異構物)及其同位素的164條分子發射譜線,其中22條為未知分子譜線 (U-line)。很明顯地CSE的化學豐饒度隨著AGB星演化成PPN而遞減:比較三個目標源,從分子種類最豐富的演化晚期星IRC+10216,到分子種類最少、較不年輕的原生行星狀星雲CRL618。此外,振動基態的HC5N譜線在三個目標源中皆被觀測到,但是振動激發態的HC5N躍遷則只在相對演化較久的PPN CRL618中被觀測到,而沒有出現在較年輕的PPN CRL2688,或更早期的AGB IRC+10216中。這說明了在AGB與PPN不同時期,其物理環境變化很大。更有趣地是我們在IRC+10216也偵測到兩個負電分子C4H− 與C6H−,此二者是到目前為止,在星際空間唯二被發現的負電分子。負電分子的存在,表示其含量在隔絕了紫外線的CSE中相當豐富;特別是觀測到的C6H− 譜線若與激發能階、頻率最為接近的中性C6H分子譜線相比較,較高的C6H− 譜線峰值暗示IRC+10216中的C6H− 含量應該相當豐富,一如C6H。本次研究中,唯一觀測到的正電分子為在CRL618的NNH+;佐以CRL618中HC5N的P-Cygni譜線輪廓,此二證據顯示CRL618中PDR的存在。Item 苯環三取代化合物之第一電子激發態暨離子態振動光譜~3,4-二氟苯胺(2010) 黃威智; Huang Wei Chih我們利用高解析度共振雙光子游離光譜術與質量解析臨界游離光譜術來探討3,4-二氟苯胺之第一電子躍遷能和絕熱游離能及其在第一電子激發態和離子基態之振動模式。 其中質量解析臨界游離光譜是藉由中間態S1000、S117a10、S16a10、S1110掃描所得,所測得之絕熱游離能為64195 5 cm-1,光譜分析結果顯示大部分明顯之譜峰都與苯環之平面運動有關。 藉由此次實驗所得之數據與本實驗室所發表之其他苯胺衍生物數據進行比較,可得知苯胺之氟取代物在間位及對位之取代效應對於各類振動模式、躍遷能及絕熱游離能造成之影響。理論計算結果以及實驗結果也具有良好之一致性可幫助我們更準確的進行光譜譜線之標定。