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 磁性薄膜之表面形貌與磁性行為(2012) 何宗穎本論文主要探討磁性膜薄的表面形貌與磁性行為之間的關係。實驗架構總共可分成三部分:(1)高定向熱解石墨基板系統(2)三氧化二鋁(藍寶石基板)系統(3)矽(111)基板系統。 高定向熱解石墨基板系統中,利用氬離子轟擊基板,造成基板表面形成缺陷,藉由掃描穿隧式電子顯微鏡觀察鈷原子在平坦的高定性熱解石墨基板上的表面形貌,鈷原子成核的尺寸較表面缺陷的高定性熱解石墨基板上來的大,換句話說,鈷原子成核分佈在表面缺陷的基板上的密度較高。由歐傑電子能譜儀的分析結果可以間接顯示出基板的表面缺陷會使鈷原子成核分佈的更均勻。在磁性方面,利用平行與垂直方向的磁光科爾效應來觀察兩種不同基板的磁性行為。在平坦的基板,鈷薄膜的易軸為平行磁化方向;特別的是,在表面缺陷的基板,鈷薄膜在水平與垂直方向皆可量測到柯爾訊號。經過測試發現易軸為斜向的磁化方向,在厚度達到60ML時仍可以測得。 三氧化二鋁(0001)系統中,利用斜角鍍磁性薄膜(鐵)的方式,造成單軸的磁異向能產生,藉由掃描穿隧式電子顯微鏡觀察在鍍膜角度為0°時,表層鈀原子成核形狀具有三重對稱性;在鍍膜角度為45°與65°時,鈀表面由數奈米大小的顆粒組成。在磁性方面,鍍膜角度為0°時,各個方向角(∅)所量測到的磁滯曲線都是呈現方形的形狀;在鍍膜角度為45°與65°時,產生單軸的磁異向性,易軸方向:沿著方位角∅=0°;難軸方向:沿著方位角∅=90°。 矽(111)基板系統中,我們再一次做了斜角鍍磁性薄膜的實驗,結果與在藍寶石基板中的結果相符。透過改變不同的合金介面層材料(鐵、鎳、鈀),可以觀察到不同的磁性行為,鐵薄膜在鐵-矽合金介面上的矯頑磁力(Hc=130 Oe)大於在鈀-矽合金介面(Hc=50 Oe)與鐵/矽(111)(Hc=50 Oe)。Item 高定向性熱解石墨表面缺陷誘發鈷及鐵薄膜斜向磁化行為(2011) 黃雅筠; Ya-Yun Huang本論文利用氬離子濺射高定向性熱解石墨基板,探討基板表面缺陷對鈷薄膜的成長與磁性的影響。利用掃描式穿隧顯微鏡觀察鈷原子在較平坦基板上小區域的表面形貌,鈷原子有向台階邊緣聚集、生成薄膜的傾向,而鈷薄膜的厚度隨著距臺階邊緣的距離減少而增加。歐傑電子能譜儀定量分析的結果,間接顯示出基板的缺陷會使鈷原子在平台上更均勻的成核、形成較均勻分佈的鈷顆粒薄膜。在磁性方面,我們利用垂直以及平行方向的磁光科爾效應來觀察缺陷對其的影響。在較平整的基板表面,鈷薄膜的易軸為平行磁化方向;然而,基板缺陷上生成的鈷薄膜在垂直及平行方向皆可測得柯爾訊號。經測試發現這個易軸為斜向的磁化方向,在厚度達到60 ML時仍可測得。代表基板表面的缺陷不只影響介面附近的成核行為,更影響之後薄膜成長的行為。為了更進一步探討,我們將鍍源換成鐵,觀察基板表面缺陷對鐵薄膜的磁性影響。在較平整的基板表面,鐵薄膜的易軸為平行磁化方向;基板缺陷上生成的鐵薄膜易軸方向呈現斜向磁化行為,其矯頑場有隨著鐵薄膜厚度增加而增加的趨勢。但鐵薄膜厚度為26 ML時,磁化方向會倒下、躺在平行磁化方向。基板表面缺陷除了誘發斜向磁化行為的發生之外,也影響了測得磁滯曲線的初始厚度。其生成的鈷及鐵薄膜所測得具磁性的初始厚度皆較平整的基板表面的薄。Item 鐵/面心正方錳/鈷在基板銅(100)上,結合磁交換偏耦合和遠程層間磁耦合的磁性與結構研究(2011) 王志雄; Chih-Hsiung Wang本實驗內容是將Fe/fct-Mn/Co 三層結構以熱蒸鍍的方法將其鍍在銅單Cu(100)上研究此系統的磁交換偏耦合(exchange bias coupling)和遠程層間磁耦合(long range interlayer coupling)現象。 在結構方面,面心正方的鈷(fct-Co)與面心正方的錳(fct-Mn)是利用Low Energy Electron Diffraction (LEED)和I-V LEED 確定其晶格結構。在測量磁性方面,我們利用Magnetic Optical Kerr Effect (MOKE)測得一系列以不同的鐵與錳的厚度的磁滯曲線。 當fct-Mn 厚度增加至24 個原子層,Fe 和Co 的磁矩會經歷過非同調的旋轉(incoherent rotation),造成two-step 的磁滯曲線產生。遠程層間磁耦合(long range interlayer coupling)的影響是傾向鐵和鈷的同調的旋轉(coherent rotation)。但是,Mn/Co 的磁交換偏耦合(exchange bias coupling)會增加鈷的矯頑磁力,同時也破壞到鈷跟鐵的磁矩的同調旋轉機制。結果我們發現當鐵的磁矩正在翻轉時,鈷一開始也跟隨著鐵翻轉,但是到了鐵完成180。翻轉後,鈷又會再次反轉回原始方向。 最後,我們使用磁異向能理論模型(single domain model)以模擬當磁交換偏耦合(exchange bias coupling) 和遠程層間磁耦合(long range interlayer coupling)兩者互相競爭下,所產生的上述磁翻轉機制。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 鐵薄膜與鉑基底間溫度相依的介面擴散行為(2009) 蔡蕙雅; Hui-Ya Tsai我們利用歐傑電子能譜術配合離子濺射,觀察隨離子濺射打掉表面原子系統表面的組成變化,分析1ML Fe/Pt(111)系統經升溫熱退火後鐵原子的擴散情形,並搭配理論估算鐵在合金各層的分布比例。 觀察570K,700K,910K熱退火後的鐵原子擴散,經由歐傑縱深分析後發現鐵原子大部份分布在表面前兩層至第三層,其中700K與910K鐵原子與白金在表層混合均勻,同時配合理論估算得知700K熱退火後,鐵原子在第一層佔73%,在第二層佔23%;910K熱退火後鐵原子在第一層佔 70%,第二層佔21%,比例差異不大。 1017K下的鐵原子則已經鑽入內層與白金均勻混合成類似塊材合金的結構。以理論估算得知鐵原子在每一層比例佔11%至15%,表示鐵原子往內層擴散並與白金混合均勻。Item Item AES系統架設及Co/W(111)之磁性量測(2010) 莊孟勳; Meng-Hsun Chuang在本篇論文裡面可以分成兩部分。第一部份是關於師大歐傑電子掃瞄儀的架設(Auger Electron Spectroscopy,AES),主要是介紹自製能量分析儀控制器、電子槍控制器的介紹以及在校調能譜儀的一些經過。我們根據能量分析儀以及點子槍的電位需求,利用整流模組、高壓模組以及電阻、電容自製了AES系統周邊的一些電子元件,也藉由之後的量測顯示這些控制器運作非常良好。在量測的部分,我們藉由樣品做的下緣去切電子束的方式,估計電子束的聚焦直經約為1.8mm。我們找到了在真空中AES系統的最佳量測位置為(x,y,z)=(48mm , 25mm , 178.5mm),而且還發現樣品訊號對於距離歐傑電子掃瞄儀洞口的垂直距離相當的敏感,可以在2mm之內減少75\%的訊號強度。\\ 第二部分是初期的工作,主要是利用磁光柯爾效應(Magnetic Optical Kerr Effect,MOKE)觀察Co/W(111)在不同薄膜厚度以及溫度的狀況下薄膜的磁性。我們嘗試的厚度有2、3、5、9 Physical Monolayer(1PML恰可剛好將晶格表面完全覆蓋,對W(111)而言相當於3個ps ML。ps ML全名為pseudo monolayer,1 ps ML的原子數量相當於形成晶體最表層平面所需的原子數量)、嘗試的溫度有尚未熱退火的100K,經過5分鐘300K熱退火之後的100K、200K、300K。我們發現Co在4 PML在100K熱退火前後以及200K、300K都可同時看到垂直以及水平的磁滯曲線。不過當厚度為3 PML以下時,在100K的時候還看的到垂直和水平磁滯曲線共存,不過當溫度大於200K的時候就只能看的到水平的磁滯曲線。Item 鐵超薄膜在白金(111)面上的成長(2007) 許宏彰我們利用歐傑電子能譜(Auger Electron Spectroscopy, AES)、低能電子繞射(Low Energy Electron Diffraction, LEED)、以及紫外光電子能譜術(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy, UPS)來深入探討鐵超薄膜鍍於Pt(111) 的成長模式以及在高溫形成合金時的成份、結構變化。 室溫下,鐵薄膜鍍於Pt(111)的成長模式為三層平整成長之後再以三維島狀的S. K. mode。由AES、LEED均能得到相同的結論。而隨著厚度的增加也可以發現在表面有Domain Rotation的行為。因此在LEED Pattern出現了新的衛星亮點。 1,2 與 5 ML Fe/Pt(111)升溫過程各自在520、570與620 K開始在界面擴散;而在670、670與720 K時,開始有合金的行為;而對於2與5 ML的系統,在820與870 K時Domain Rotation的行為隨著溫度的昇高而消失。對於1 ML 深溫至1060 K時,由於表面的重構使得表面鉑原子間距加大,LEED Patternt出現新的(1x1)繞射亮點。Item Co/CoO/Ir(111)超薄膜之磁性研究(2007) 陳俊明本研究是在超高真空環境下於氧壓下鍍Co的方式將獲得的CoxO1-x蒸鍍在Ir(111)表面上,再於CoxO1-x/Ir(111)系統上鍍Co而形成Co/CoxO1-x超薄膜。以歐傑電子能譜儀與表面磁光柯爾效應儀對此超薄膜進行表面組成及磁性性質之分析,藉此一系列地研究探討不同氧壓下成長的CoxO1-x對Co磁性的影響。在經由歐傑電子能譜儀分析的CoxO1-x成長與深度組成,發現到其CoxO1-x薄膜在Ir(111)的表面上為O、Co、CoO的混合薄膜,而再經由表面磁光柯爾效應儀的測量,我們發縣矯頑力隨著溫度的下降至某一溫度後突然增加,其原因為CoxO1-x與Co介面間的交換耦合現象,使得鐵磁層的磁矩儲存一交換異向能,因此要讓磁矩翻轉需要更大的外加磁場,因此Hc值會突然增加。另外,在越大氧壓下成長的樣品薄膜其Hc值突然增加的溫度越低,這是因為CoxO1-x薄膜中的氧會往上擴散到Co薄膜中,而在氧壓越大時成長的CoxO1-x薄膜會有越多的O原子擴散到Co薄膜中,使得Co薄膜中的有效Co顆粒變小,所以我們必須將溫度降到更低交換偏移的效應才顯示出來。