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 穿隧掃描顯微鏡與場離子顯微鏡研究 納米結構的自組裝機制與控制方法(2014) 林榮君; Rung-Jiun Lin自組裝是透過物件自身的交互作用力組合成元件的機制,並且自組裝結構是一種最低能量也最穩定的結果。當機械或電子設備的漸漸小型化而使得製造也將越來越費工耗時,因此物件的自組裝是一種經濟而有效的方式。 在這篇論文中,介紹了三個關於自組裝的研究。第一部分是以穿隧掃描顯微鏡(STM)研究Co-TPP分子自組裝在不同鍍量(1 ~ 1.3 ML)的矽(111)表面。我們發現透過調整鉛的鋪附量可以改變分子的自組裝結構:第一種自組裝結構是分子會以三種不同的結構(鞍型,平面型的和異平面型)表現形成各自的結構域在 √7 × √3的Pb/Si (111)基底結構上。這結構中我們還可以發現平面型和異平面型的Co-TPP分子形貌會隨溫度相變。第二種自組裝結構是鞍型與平面型的Co-TPP分子會形成交錯排列成有週期性且更為緊密的結構在「線條狀不相稱相(SIC)」的Pb/Si(111)基底結構上。這樣的轉換機制來自於Co-TPP的鈷原子和Pb/Si(111)襯底的相互作用。 表面的皺化與失蹤原子列的產生,都是為了得到最低的表面自由能而去改變表面的形貌。所以第二部分是研究鉬單原子針的自組裝。我們利用場離子顯微鏡觀察純鉬針與鈀,鉑,銠,銥鋪附鉬針經退火後的皺化結果。金字塔形單原子針已於形成鈀,鉑,銠鉬覆鉬針。會有兩種類型的金字塔結構形成,分別為1、3、10或1、6、15的結構。然而,純鉬和銥附鉬針因為表面能異向性差異不足以及銥容易退吸附及與鉬合金而無法形成單原子針。 最後我們同樣利用場離子顯微鏡研究鉑1 × 2的失蹤原子列重構在鉑(110)和鉑(331)的表面。對於鉑(110)面, 經退火到450K發現從1 × 1過渡到1 × 2結構是以跳躍或下行的原子運動產生。對於鉑(331)而言類似的轉變發生在加熱至600K,特別的是形成上兩層都為1 × 2結構的鋸齒模型。我們提出一種新的結構模型解釋鉑(331) - (1×2)重構。 關鍵字:掃描穿隧顯微鏡,場離子顯微鏡,自組裝行為,四苯基鈷卟啉,單原子針,失蹤原子列。Item 覆鉑、銠於鉬針形成金字塔單原子針尖之研究(2012) 陳曉琪本實驗藉由場離子顯微鏡研究覆鉑鉬針及覆銠鉬針,在加熱退火後的皺化行為。覆鉑鉬針實驗中發現,加熱退火溫度在800K以下,針尖上的各指數面,並無明顯變化。在加熱退火溫度超過800K,可觀察到通道面的擴張行為。當加熱退火溫度達到900K,{211}切面劇烈的擴張並造成明顯的皺化行為,加熱退火至1100K金字塔稜線已經明顯形成,並且可成長出單原子級針尖,其最上方三層的金字塔結構分別為1、3、10及1、6、15顆原子的堆疊。 在覆銠鉬針的實驗中發現,在加熱退火溫度至1100K時,同樣可以成長出單原子級針尖,其最上方三層的金字塔結構分別為1、3、10及1、6、15顆原子的堆疊。 藉由覆鉑鉬針可以研究多稜線現象的行為,在加熱退火至800~900K可以觀察到多稜線現象的產生,金字塔稜線數目隨著加熱退火溫度逐漸下降,在加熱退火溫度接近900K時,則收斂至三對稱的單條稜線。Item 以場離子顯微鏡進行覆鉑及覆鈀單原子級針尖的研究(2011) 白家瑞; PAI,CHIA-JUI實驗藉由場離子顯微鏡,對電化學電鍍法所製備覆鉑及覆鈀單原子級針尖進行研究;而藉由成長完成的覆鉑及覆鈀單原子針,我們亦可轉換至場發射(FEM)模式,觀察[100]、[221]皺化的場發射影像,並獲得其對應的場離子影像。 我們發現部份成長單原子針的實驗中,無法獲得良好的金字塔結構,是由於鋪覆針尖的氧化層所造成的,而當針尖存在氧化層會造成金字塔的稜線較長、針尖遍佈雜點、[211]面的原子列間距較寬…等現象,而針對皺化程度不同的覆鈀鎢針進行曝氧,我們也可以觀察到相似的場離子影像。Item 鉑的重構-皺化與失蹤原子列的觀察與研究(2008) 林榮君; Rung-Jiun Lin本研究中,我們利用場離子顯微鏡觀察鉑的皺化與失蹤原子列的表面重構。表面的皺化與失蹤原子列的產生,都是為了得到最低的表面自由能而去改變表面的形貌。因此本文就以這兩個方向加以深入討論。皺化方面,當加熱退火的溫度逐漸提升,包括了(111)、(100)、(311)、(110)等表面自由能較低的指數面會漸漸擴張,此外在加熱至700K以上,(310)面也發生了擴張的行為,是本實驗中最令人振奮的發現,這也說明了就算擁有較低表面自由能的指數面,若給予的能量未達該指數面原子該有的動態能量,依然不會有皺化行為的發生。失蹤原子列方面,失蹤原子列的表面形貌在(110)面及(311)面是(1×1)變成(1×2)的結構,而在(331)面及(211)面而言都是(1×1)變成表面兩層(1×2)的結構,這種結構可以是原子的增加、消失,亦或是原子跳動,在此我們將這種行為與皺化的表現做結合,發現兩者是相輔相成、同時存在的,並且發現在表面重構發生後,各指數面交界仍然保持連續。另外(311)面則在加熱到650K之後,會再由(1×2)的結構,再次轉為(2×2)的重構。另外本實驗對合金Pt80Ir20以場離子顯微鏡做形貌上的觀察,發現合金擁有較強的鍵結,並且在(100)面已經可以看到超晶格的結構。Item 鉑或銥原子團在鉑表面之擴散研究(2008) 高玉娟; Kao Yu Jan鉑或銥原子團在鉑表面之擴散研究 使用場離子顯微鏡(FIM)在超高真空(UHV)的環境下,觀察鉑或銥原子團在鉑表面上的擴散運動。當溫度加熱到135K,從三角形場離子影像的方向判斷,單顆鉑在鉑(111)面上只會吸附在FCC site。接著利用觀察時所繪出原子位置地圖(site mapping),分析原子擴散的步數,並代入擴散的波茲曼分佈(Boltzmann distribution),得到鉑在鉑(111)面的擴散活化能為0.33±0.01eV。再根據單顆鉑出現在FCC site 與HCP site的次數與波茲曼分佈的關係,計算出鉑吸附在FCC site的束縛能比在HCP site的束縛能大了0.04eV以上。 其次,觀察中也發現七顆銥原子團(Ir7)在鉑(111)面上,以正六角形的形貌擴散的機率是35/40。統計40次擴散事件,得到擴散活化能為1.41 0.03 eV。綜合比較Ir7/Ir(111)[6]、Ir7/Pt(111)、Pt7/Pt(111)[3]系統,發現原子團在Pt (111)面上,Ir7比Pt7更難擴散,而Ir7在Ir(111)面上卻比Pt(111)面上更難擴散。影響上述擴散難易程度的因素包括吸附原子團內部的束縛能、原子團與基底的交互作用。Item 鎢表面上單原子與原子團動態之研究(2006) 翁文記; Weng Wen-Ji本研究中,我們利用場離子顯微鏡觀察銥吸附原子、鎢原子團、及鎢台階邊緣原子在鎢表面的擴散運動。實驗結果得到銥吸附原子在W(211)、W(110)、W(111)平台上的擴散活化能分別為0.66±0.03eV、0.95±0.04eV、1.56±0.01eV;而銥吸附原子在W(111)平台邊緣的擴散活化能則約為1.41±0.1eV。 鎢原子團在W(111)平台上的擴散模式主要有兩種類型:一種為基本的單一原子跳躍模式,另一種則為邊緣原子整排的滑動模式,而根據實驗研究的結果顯示,此兩種模式是並行產生的;鎢原子團的擴散活化能會隨著原子團的增多而有振盪和增加的趨勢;我們也觀察到鎢原子團在W(111)切面上所呈現的多樣化形貌,而且原子團以二維方式的排列會較一維方式排列穩定;不論原子個數為多少的原子團,其形貌以緊密狀結構出現的機會也會較直鏈狀結構頻繁。當三、六顆原子團在呈現正三角形的形貌時,會較其他種形貌穩定而難以改變其結構。 最後我們針對W(111)切面上平台邊緣原子的擴散行為進行研究,並將各種動態行為的發生做溫度上的定位;由於W(111)是呈現三對稱的切面,若平台是以三對稱的形貌出現或是沒有邊緣原子的存在,會較為穩定不易發生形貌上的轉變。Item 溫度與吸附氣體對鈮針場發射特性的影響(2014) 石智強; Chih Chiang Shih鈮奈米針於先前的研究指出當鈮在9.2K時具有超導性,在此溫度下將其作為一電子源所發射出來的電子束會因為其超導的關係同時具有良好的空間同調性及時間同調性。因此鈮針在當成電子源的研究也具有其重要性。為了更深入了解鈮奈米針的特性及結構,我們將多晶鈮線蝕刻成針尖後置入超高真空環境的場離子顯微鏡,藉由通電流加熱使其形成熱穩定性的奈米針並同時觀察針間的皺化過程,在鈮針尖施加負高壓使針尖場發射出電子,並分析其電子電流的特性。 當鈮針被加熱到1319K時,可以在表面上觀察到4個{310}擴張擠壓{100}面形成皺化的平台,此時在針尖施加負高壓可以觀察到{100}平台由於功函數較低會場發射出電子。而當針尖加熱超1473K時,可以看到{100}面也有擴張的趨勢產生,此時並不會場發射出電子。 測量{100}面時通入不一樣的惰性氣體的場發射電流,經過量測一小時後的電流值會大於一開始所測量到的電流值。而通入氬氣時,一小時後的電流增加幅度比其於氣體小,通入越大分子量的惰性氣體其F-N plots斜率會上升。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 以氧氣場效蝕刻法製備鈮奈米針(2016) 黃詮友; Huang, Quan-You我們提出在超高真空環境下多晶鈮針的簡易的針型修復技術。這種針型修復技術是基於在場離子顯微鏡的操作下空間性的控制氧氣與鈮表面原子發生反應。限制場效蝕刻反應發生在針柄處使我們得以製作鈮奈米針。從FIM成像偏壓下降以及針尖部位FIM影像面積縮減可證實奈米針尖形成。我們場效蝕刻鈮針在三個不同的樣品溫度(25K、50K、80K) 。然後我們比較其蝕刻效率與影像品質。 我們量測蝕刻後針尖的場發射電子電流並繪製F-N圖。F-N圖顯示場效蝕刻後針尖的針型在熱處理後會發生變化。我們也對30分鐘內鈮奈米針的場發射電流穩定度進行量測。當場發射電子電流434Pa時,不穩定度在10%以下。Item 矽原子在銥(100)切面上的動態行為與交互作用(2016) 張琬喻; Chang, Wan-Yu本實驗利用場離子顯微鏡觀察吸附矽原子在銥(100)切面上的動態行為及交互作用。利用單顆吸附矽原子在不同溫度下的熱擴散運動,並配合Arrhenius plot求得擴散活化能E_d=0.91±0.02 eV。雙顆吸附矽原子在加熱到400 K以上時,彼此間的距離較低溫時的大,也間接證明在此溫度下,原子有足夠的能量去排列成有序結構。觀察雙顆吸附矽原子在銥(100)切面上的動態分布,顯示出矽原子在銥(100)切面上會位於不同佔位上(例如:四重對稱站位、橋位和上位),也表示矽原子彼此間的交互作用力大於矽原子與基底間的交互作用。雙顆吸附矽原子會在相距三個銥基底的晶格常數下處在最低的交互作用能0.086 eV。原子間的交互作用會受到基底的二維自由電子氣影響,產生Fridel oscillation的現象,藉由理論公式與實驗數據擬合,可以得到銥(100)切面上的費米波向量應該為1.35 Å。當加熱到431 K時,蒸鍍在銥(100)切面下的矽原子會發生上行運動。