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 鐵超薄薄膜在銥(111)上之表面結構與磁學性質研究(2014) 陳暐翔; Wei-Hsiang ChenMagnetic properties and surface structure of ultrathin Fe/Ir(111) films have been investigated using the surface magneto-optic Kerr effect and low-energy electron diffraction. Layer-by-layer growth of Fe/Ir(111) is observed for the first three monolayers at room temperature. For Fe thinner than three monolayers, pseudomorphic growth of Fe films is observed. The layer distance is close to that of fcc(111) Fe. For Fe thicker than three monolayers, the surface structure can be identified to be related to the bcc(110) arrangement of Fe atoms in Kurdjumov-Sachs orientation. As the Fe thickness increases, the linear increase of the Kerr intensity is observed. The Kerr intensity comes from the bcc-Fe and a thin magnetic dead layer is observed at the interface. The magnetic properties and surface structure of ultrathin Fe/Ir(111) films after high temperature annealing treatment have also been investigated. The Fe atoms diffuse into the Ir(111) substrate to be a FexIr1-x alloy as annealing temperature increases. For annealing temperature between 750 K and 800 K, there is a blocking of the interdiffusion behavior for Fe atoms into the Ir(111) substrate and the existence of the specific concentration of Fe of the FexIr1-x interface alloy which shows a stable state at this annealing temperature region. Combining the experimental results of Auger analysis, LEED patterns and the theoretical calculations, one can conclude that the specific concentration of Fe of the FexIr1-x interface alloy at the stable state is Fe0.5Ir0.5 as annealing temperature between 750 K and 800 K. For 5~9 ML Fe/Ir(111) films, a layered structure of Fe/FexIr1-x/Ir(111) could be obtained after high temperature annealing treatment. The surface of this layered structure becomes flatter after the high temperature annealing treatment. The structure of the top Fe films can be identified to be related to the bcc(110) arrangement of Fe atoms in Kurdjumov-Sachs orientation, however, strained by the underneath Fe0.5Ir0.5 interface alloy since this interface alloy is also strained by Ir(111) substrate which leads to the change of the lattice parameter of the unit cell of Fe bcc(110) at the surface from 0.248 nm to 0.272 nm. The surface structure transition between the KS orientation to strained KS orientation for 5~9 ML Fe/Ir(111) at annealing temperature from 300 K to 700 K have also been investigated. For annealing temperature less than 550 K, the KS orientation shows low periodicity. The periodicity of this KS orientation gets better as annealing temperature increases and become stable as annealing temperature larger than 700 K. Finally, the structural, compositional and magnetic phase diagram of Fe/Ir(111) is constructed. For Fe film thinner than 3 ML at annealing temperature between 300 K and 900 K, no Kerr intensity is observed due to the fcc arrangement of Fe films and FexIr1-x alloy. For Fe films thicker than 3 ML, Kerr intensity could be observed owing to the bcc arrangement of Fe films. The coercivity and saturation magnetization enhanced abruptly (higher than Fe/Pt(111) system) after the high temperature annealing treatment which is because of the compositional and structural change of this system.Item 鐵超薄膜在鉑(111)上之表面結構與磁性研究(2008) 陳耀榮; Yao-Jung Chen本論文的實驗是以歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀、紫外光電子能譜術及表面磁光科爾效應來研究鐵超薄膜在鉑(111)面上的成長模式、表面結構、合金形成及磁性性質。分別討論在低溫(LT:180 K)和室溫(RT:300 K)下所成長的鐵超薄膜的結構與磁性的相關性。首先在室溫中經由歐傑電子能譜及低能量電子繞射儀的測量中發現鐵超薄膜在鉑單晶上是以3個原子層(ML)的層狀成長轉成3維島狀的成長模式。當鐵薄膜厚度為1 ML時並無任何科爾訊號，而在鐵膜厚1.5 ML時;平行及垂直薄膜面皆有科爾磁滯曲線，當鐵膜厚達到2 ML後只有平行薄膜面方向的磁滯曲線表示其磁化易軸在平行鐵薄膜面上。其磁性的變化是與鐵薄膜的表面結構在膜厚增加到2 ML時將由fcc轉成bcc的結果是互相符合的。 在低溫時;鐵超薄膜在鉑單晶上是以3維島狀的模式成長。當鐵薄膜厚度為0.75 ML時可偵測到垂直方向的科爾磁滯曲線;接著當鐵膜厚達1.3 ML時其磁化易軸由垂直轉至平行薄膜面方向，發生自旋指向轉變。此結果顯示鐵超薄膜在鉑(111)上發生結構變化;其臨界厚度是與成長溫度息息相關，其臨界厚度在低溫與室溫分別為1.3 ML及2 ML。 對1.2 ML鐵/鉑(111)樣品進行高溫退火處理時;其在平行面上的科爾強度與矯頑力分別增加到160%及30%。而對5 ML鐵/鉑(111)樣品退火處理時;則在平行面上的科爾強度與矯頑力分別增加到150%及1100%。當1.2 ML鐵/鉑(111)其退火溫度介於600 K與700 K時;甚至出現垂直方向的科爾磁滯曲線。退火處理時也由歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀與紫外光電子能譜術量測發現鐵-鉑合金的產生。有關退火處理時磁性的變化是與鐵原子擴散及鐵與鉑形成合金有著強烈的關係。 將銀蒸鍍覆蓋在鐵/鉑(111)上;可由表面磁光科爾效應偵測到自旋指向轉變(SRT)發生。同時樣品的垂直方向的磁化強度與矯頑力皆與銀覆蓋厚度有顯著的關係。當銀覆蓋厚度達到1 ML時;其磁化易軸將由平行面方向完全轉至垂直面方向，同時垂直方向的磁化強度與矯頑力兩者皆達到最大值。當銀覆蓋層慢慢被氬離子濺射移除時;其磁化易軸也會慢慢轉迴至平行面方向。其間其介面的組合成份的變化是經由歐傑電子能譜術量測。經由銀與鐵介面間的電子態雜錯交互作用而導致介面磁異向能的改變;其可能為由銀所引發自旋指向轉變的機制。Item 超薄氧化鈷膜在銥(111)表面上的製備與物性探討(2008) 李佳憲本論文內容將探討Co/CoO/Ir(111)超薄膜的薄膜成長與組成、表面磁性以及薄膜表面結構變化，並利用歐傑電子能譜儀、深度組成分析、表面磁光柯爾效應、低能量電子繞射等方法進行上述的研究。從薄膜成長與深度組成分析得知，在一定層數下的CoO會形成良好的化合狀態；將薄膜進行熱退火步驟後，O與Co的歐傑電子訊號比值會下降。CoO/Ir(111)超薄膜表面鍍上Co後，形成Co/CoO介面，零場冷卻後利用表面磁光柯爾效應儀測量磁滯曲線，發現隨著溫度的降低，矯頑力有增加的趨勢，但磁滯曲線呈現對稱的情況；在場冷卻下的表面磁性分析中，發現除了矯頑力增加，並且有交換偏移現象發生；從薄膜表面結構的觀察中，顯示出其結構週期性變強。經由系列化研究超薄膜系統在不同膜厚下的行為，可以得到鐵磁層與反鐵磁層間交換耦合的最佳條件。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。Item 鈀/鐵與鐵/鈀雙層膜於矽基板(111)上 熱穩定性與合金形成之研究(2014) 莊英奇; Ying-Chi Chuang本篇論文為探討在壓力1.6×〖10〗^(-9) torr的室溫下，於清理過的矽基板上鍍上不同厚度與相對位置之鈀與鐵雙層膜的熱穩定性與合金形成。為了觀察從分離的雙層膜到合金的轉變過程，我們已經研究了退火時間與溫度的效應，藉由歐傑電子能譜(AES)的測量，在歐傑電子能譜圖中觀察到相分離。溫度在大約690至804 K之間，Pd/Si與Fe/Si歐傑訊號比值呈現了兩種不同的下降過程，前者比後者下降的更為急遽。下降的Pd/Si與Fe/Si訊號比值表示在不同相對位置的兩雙層膜系統中，Pd與Fe原子會擴散到矽基板裡。Fe/Pd與Pd/Fe曲線在兩種系統中也被發現有相似的趨勢，在相對高溫情況下，Fe/Pd與Pd/Fe曲線相交後，Fe/Pd訊號比值將會大於Pd/Fe訊號比值。我們的研究提供了在矽基板(111)上的鈀與鐵雙層膜之熱穩定性與合金形成之詳細報告，這些報告在未來的應用上是有價值的。Item 鎳超薄膜在鉑(111)基板上之表面結構及表面磁光性質研究(2003) 蘇炯武; Chiung-Wu Su本實驗是利用歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀、紫外光電子能譜術以及利用表面磁光科爾效應來研究鎳金屬超薄膜在鉑金屬(111)表面上的結構及磁光性質。討論的範圍首先著重在鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磊晶成長模式、結構相圖和合金形成。我們經由歐傑電子能譜、低能量電子繞射及紫外光電子能譜的測量中發現鎳超薄膜在鉑單晶上是以2個原子層的層狀模式成長，且在磊晶的過程中我們更利用低能量電子繞射發現鎳超薄膜在鉑(111)表面上有一些有趣且特殊的結構：偽(1×1)超結構、(√3×√3)R30º、Ni(1.1×1.1)非同調性磊晶、衛星點結構以及(2×2)超結構。鎳原子發現在高溫時會擴散與鉑形成合金，當我們在進行0.8到3.0個鎳原子層熱處理時，結果發現當鎳的厚度愈高，鎳與鉑開始形成合金的溫度也就愈高。為了提高系統鎳超薄膜的膜厚準確度，我們利用兩種理論模型來計算並決定鎳超薄膜膜厚。此外，當經過高溫回火的鎳/鉑(111)表面經由離子濺射技術後亦發現表面組成大多為鉑原子所佔據，此部分確立了鎳原子與鉑原子形成合金的事實。 第二部分我們在鎳/鉑(111)表面上覆蓋銀原子層來研究鎳鉑合金形成因其所受到之影響並與未加銀原子層來做比較。結果發現，覆蓋銀原子層的鎳薄膜層必須上升到更高溫時才與鉑原子形成合金，而且銀原子層在熱處理的過程中並不擴散進入基底且都位於表面的最上層，更有趣的是我們發現在1 ML Ag/1 ML Ni/Pt(111) (ML:原子層)的樣品中經由高溫處理後形成有趣的(2×2)表面超結構，經由晶格常數計算、以及離子濺射實驗後，我們初步推斷最上層的銀原子以1/4的覆蓋率形成(2×2)超結構之後剩餘的3/4銀原子與最上層的1/4殘餘鎳原子形成Ag(75%)Ni(25%)的合金原子層，剩餘的則為鎳鉑合金層。 第三部分我們利用表面磁光科爾效應來探測鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磁光性質。鎳超薄膜在諸多系統中都發現具有dead layer的磁性質，故當我們在磊晶過程中探測鎳薄膜的磁光訊號中發現，將近有7層覆蓋率的鎳原子在室溫裡是沒有磁性的，累積到將近24層的鎳原子測得之最大科爾旋轉角也只有0.02º，並且在熱處理的實驗當中，我們發現膜厚與系統的居禮溫度有很大的關連性，甚至極有可能低於室溫。 此外，當磁性超薄膜鎳/鉑(111)表面間加進鈷原子層後，初步發現鎳原子會有初期升溫的過程中先與鈷原子在鉑表面上混合，高溫時再擴散進入鉑基底的特性。經由深度分析的實驗，雖然證明了鎳鈷原子都會與鉑形成合金，但是我們發現鎳原子卻擴散的比鈷原子更為深層。1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)樣品在垂直磁光效應的測量中，也同樣發現在鎳鈷原子混合時磁光訊號有微量的增加，然而之後主要的磁光訊號大增主因來自於鈷鉑形成合金所致，科爾旋轉角在高溫回火後增加為原先的兩倍之多，當我們對於1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面進一步的研究中發現，系統的居禮溫度隨著鎳鉑原子在表面的相對組成而有強烈的變化，而且接近甚至低於室溫，在表面化學組成計算後可以初步推論，若鉑原子含量在表面層愈多、鎳原子愈少的狀況下，系統的居禮溫度就愈低。結果發現，1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面樣品在經由830 K高溫回火後所測得之系統居禮溫度為275 K，此時所對應的表面化學組成為Pt(69%)Co(29%)Ni(2%)合金層。 最後，鏡射系統1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的磁光訊號測量也發現許多有趣且不同於1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的物理現象，在升溫的過程當中發現，特定的溫度範圍對於兩種系統有著截然不同的行為，我們發現在600 K到725 K的磁光訊號變化中對於Ni/Co/Pt薄膜有一極大值，然而對於Co/Ni/Pt薄膜卻發現有一極小值。此外，Co/Ni/Pt薄膜發現具有比Ni/Co/Pt薄膜更大的的矯頑磁場，我們初步認為這些有趣的物理現象來自於表面鎳鈷鉑原子的相對組成，以及許多特定穩定合金結構的形成，所以當我們又利用紫外光電子能譜來觀看這兩種磁性超薄膜系統經過高溫熱處理後時，我們可以確定表面原子態大多來自於鉑原子，換句話說，高含量的表面鉑原子是促成系統具有相當低的居禮溫度的主因。