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 紅熒烯對鎳/矽(100)系統磁性與結構的影響之研究(2021) 李有庠; Li, You-Siang新興半導體材料的研究日益增長，近年來以紅熒烯為主軸的研究也相當活躍。鐵磁性材料會受紅熒烯影響而改變晶體結構，而本實驗室近年來研究亦指出鐵磁材料鈷受到紅熒烯介面影響在晶體結構以及磁域翻轉的描述有卓越的研究成果。鎳受到紅熒烯的影響，產生磁性與結構上的變化，成為本論文研究重點。本研究利用磁光柯爾效應儀、原子力顯微鏡、磁光柯爾顯微鏡、X光繞射儀、X光反射儀與X光電子能譜儀，去探討鎳/紅熒烯/矽(100)系統的結構與磁性變化。第一部分在鎳/矽(100)系統中，磁性量測矯頑力隨薄膜厚度增加的變化，矯頑力在鎳厚度28奈米時由50 Oe上升至100 Oe左右，而在鎳厚度約28奈米時透過X光繞射確認鎳薄膜開始出現了Ni(200)及Ni(220)兩個磁化難軸的晶向；第二部分分別在鎳的上方及下方加入一層紅熒烯，並從結構分析上得知鎳的晶體結構會因為紅熒烯的加入使得晶粒的增長更加明顯，並且在鎳與紅熒烯的介面層有化學鍵結的產生。而在第三部分鎳/紅熒烯/矽(100)系統中透過加入少量而不同厚度紅熒烯，觀察上層鎳薄膜的磁性變化，在加入少量紅熒烯之後，矯頑力在鎳厚度28奈米時由50 Oe巨幅上升至150 Oe左右，除了從第二部分即可得知的結構變化外，配合科爾顯微鏡以及原子力顯微鏡的測量得知表面顆粒造成的磁性缺陷也扮演著影響磁性的重要角色。Item 鎳/鈷/鉑(111)及鈷/鎳/鉑(111)系統其結構與磁性性質之研究(2006) 何慧瑩; Huei-Ying Ho本研究論文主要是利用歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy; AES)，低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction; LEED)，紫外光能譜術(ultra-violet photoemission spectroscopy; UPS)、以及磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect; MOKE) 來研究Ni/Co/Pt(111) 及Co/Ni/Pt(111) 鏡像系統其成長模式、合金形成及表面磁性的關係。 根據LEED(0,0)光束強度及AES訊號強度隨蒸鍍時間變化的關係，我們得知在室溫條件下，無論是Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 上成長(ML: monolayer)，或者是Co超薄膜在1 ML Ni/Pt(111)上成長時，都會先形成2層的層狀成長之後才開始3維的島狀成長。對此二系統而言，其升溫形成合金的過程都可被分成2階段，首先是升溫過程中，Co和Ni會先混合，然後Ni-Co混合層在更高溫時會擴散進入Pt基底，形成Ni-Co-Pt合金。其中，1-3 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統開始產生Ni與Co混合的溫度皆為420 K，此溫度與Ni覆蓋層的厚度無關；然而對1-3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111) 系統而言，產生Ni與Co混合的溫度隨Co覆蓋層的厚度增加而升高。此二系統的Ni-Co混合層開始擴散進入Pt基底形成Ni-Co-Pt合金的溫度，皆隨著覆蓋層的厚度增加而升高。 我們同時也量測在室溫成長時，其磁性隨覆蓋層厚度變化的關係。1層至24層Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 成長時，其磁化易軸(the easy axis of the magnetization)會在垂直樣品表面的方向，具有很強的垂直磁異向性(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)；1至3層Co原子層蒸鍍在1 ML Ni/Pt(111)上，無論是垂直或者是平行樣品表面我們皆量測不到磁滯的訊號，此現象可能與Ni緩衝層阻隔了Co與Pt接觸有關。樣品經過升溫效應所產生的磁性變化其擴散過程一致。經過高溫處理過後的樣品形成了Ni-Co-Pt合金，合金的矯頑力(coercivity)大小可經由升溫時產生的合金濃度變化來控制。 根據比較1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)與1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的實驗結果，我們發現當退火溫度(annealing temperature)介於750 K 和780 K之間時，表面合金結構會由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3，藉由計算接近居禮溫度(Curie temperature)時的值(critical exponent)，我們得知此時表面的磁性結構亦由2維磁性結構的轉變成3維磁性結構，並且，在表面合金結構由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3之時，居禮溫度隨退火溫度升高而下降的現象變得更明顯。此外，在相同退火溫度條件下，1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的居禮溫度一直比1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)系統的居禮溫度高，我們認為這種現象與Ni、Co的成分比有關。我們也經由研究2 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、2 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)、12 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、以及24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)等系統來探討Ni、Co的成分比對居禮溫度的影響。 另一組鏡像系統，2 ML Ni/2 ML Co/Pt(111)和2 ML Co/2 ML Ni/Pt(111)，經過退火之後，我們意外地發現樣品產生了spin reorientation transition (SRT)，這種現象在以1層Co及1層Ni當作緩衝層的系統中，完全沒有被發現過。我們認為Ni、Co的成分比及其分佈的均勻度應是造成此現象的重要因素，在本論文中我們會加以討論。Item 鎳在鍺(111)-c(2x8)及銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長(2012) 李振豪; Jhen-Hao Li在室溫下蒸鍍少量鎳原子於鍺(111)-c(2x8)重構之上，並以掃描穿隧顯微鏡觀測其在不同加熱退火溫度下的改變。隨著加熱退火溫度的提升，原先分散於樣品之上的原子團聚集並形成了四種具有不同結構的原子島。當加熱退火溫度再度提升之後，表面上的原子島全數消失，只剩下極少量不規則的原子團，推測消失的原子島已鑽入基底之下。 在鍺(111)-c(2x8)重構之上蒸鍍銀並加熱退火使樣品表面轉變為銀/鍺(111)-(√3x√3)重構後，於室溫蒸鍍少量鎳原子並以掃描穿隧顯微鏡觀測其表面結構在不同加熱退火溫度下的改變並與鎳鍺系統的實驗結果比較，STM圖像顯示銀能夠保護基底不受鎳原子的破壞，然而在加熱退火溫度提升的過程中，原子島的總體積亦隨之上升，顯示銀並無法完全阻止鎳原子與基底形成合金。而在樣品表面上發現的三種不同結構的原子島中，其中一種未曾於鎳鍺系統中發現，代表銀在此系統中起了很大的作用。Item 鎳在銀/矽(111)-(√3 × √3 )表面上聚集分布和熱力衍化的研究(2011) 張國偉蒸鍍鎳原子於銀/矽(111)-(√3×√3)表面上，變化其鍍量和溫度，並藉由STM觀測鎳原子的聚集分布和熱力衍化。固定溫度於室溫改變鍍量，鎳原子會形成鎳原子團，若鍍量大於0.2 ML，部分鎳原子團會合併形成鎳島，且鎳原子團與鎳島均隨鍍量上升而逐漸變大。 固定鍍量改變溫度，含鎳原子團在300℃以下會逐漸向銀島邊緣聚集，且於300℃逐漸形成外型為幾何形的Ni2Si-δ(2×1)島，並於200~300℃有往塊材擴散的行為，由銀島交界處鑽入裡層，使得表面鎳鍍量下降，於400℃銀原子開始退吸附，使原先被銀覆蓋住的鎳矽化合物變成NiSi2再度露出表面。 升溫至600、700℃時，銀原子已經完全退吸附，而鎳原子仍在矽(111)表面上，其表面形貌主要為，矽(111)-(7×7)、原子團、鎳矽1×1-RC和NiSi2(B)(鍍量超過1.4 ML才會出現)，並藉由STS得知，鎳矽1×1-RC的電性頗為類似N型半導體，而NiSi2(B)類似於金屬電性。Item 以鉛為介面活性劑電鍍製備Ni/Cu(111)薄膜研究(2011) 曾鈺潔; Yu-Chieh Tseng本實驗主要以鉛作為介面活性劑，藉以改變鎳在銅(111)上的成長模式以及薄膜磁特性。實驗中以電化學方式電鍍薄膜，以銅(111)為工作電極、銀/氯化銀為參考電極、白金為相對電極，實驗都在室溫下進行。將銅(111)置於 1 mM HCl + 1 mM NiCl2 水溶液中，利用循環伏安法（CV） step by step 的掃描方式，可以找出鎳成對的吸附、剝離峰電位分別為 E = -950 mV（←）和E = -480 mV（→），藉由控制循環伏安法停留在鎳的吸附電位並改變停留時間，以在銅(111)上鍍上不同厚度的鎳。在滴加少量氯化鉛溶液後，因為鉛的沉積電位在鎳之前，故可以優先沉積在銅(111)上，並與隨後沉積的鎳交換位置，藉由介面活性劑的特性以達到改善鎳成長模式的機制。在電鍍薄膜後，透過掃描穿隧式顯微鏡（STM）觀察鎳鍍在銅上的形貌大致可區分為兩類，第一類是三維島狀成長，可能是鎳銅合金的形貌；第二類是成塊堆疊的形貌，經掃描剝除電位後，仍可看到底層較難剝除的特殊結構，此亦和鎳銅合金有關。配合循環伏安法中需要多次掃描鎳的剝除電位區段才能將鎳的訊號退除，和磁光柯爾效應儀（MOKE）中磁滯訊號變化不同的現象，證實有鎳銅合金的產生。而從磁光柯爾效應儀掃描出的磁滯曲線隨層數的變化中，可觀察到不論有無加鉛，鎳在銅上的沉積皆有磁性易軸由平行膜面轉變到垂直膜面，再回到平行膜面的方向—即自旋重新排列轉變（SRT）的現象發生。最後比較有無加鉛的差異：利用掃描穿隧式顯微鏡的掃描圖計算粗糙度值，加入鉛之後的粗糙度值明顯下降，表示表面趨於平整；而從磁滯曲線中計算矯頑場與方正度，數值也比未加入鉛時高。這些證據都顯示鉛確實具有介面活性劑的功效，能有效改善鎳在銅上的成長模式，同時使該薄膜展現較佳的磁特性。Item 覆鐵或鎳薄膜在鉑針的皺化研究(2010) 洪萱臻; Syuan-Jhen Hong利用場離子顯微鏡(FIM)觀測蒸鍍鐵或鎳原子在鉑針上，加熱退火後的皺化行為。鐵鉑合金加熱退火至800～900K，有兩種金字塔稜線產生。一種為擴張的{100}、{110}及{111}切面在{351}切面的位置形成，另一種則是由{110}、{111}及{311}切面擴張，原子堆積在{231}切面形成金字塔稜線。而鎳鉑合金加熱退火至500～600K，由{110}、{111}及{311}切面擴張，在{231}的位置長成金字塔，可由FIM觀察其稜線。Item 利用掃瞄探針顯微鏡探測鈷、鎳及鈷鎳複合奈米粒子(2009) 許靜淑; Shiu jing-shu摘要 本實驗目的在利用原子力顯微鏡(Atomic force Microscopy，AFM)及磁力顯微鏡(Magnetic force Microscopy，MFM)掃瞄Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子的表面形貌與磁區觀察; Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子由台北科技大學所研發的改良式真空潛弧法(Arc-Submerged Nanoparticle Synthesis System，ASNSS)製備，並經由乙二醇溶液保存著。筆者採取兩種不同的外加磁場方法，觀察奈米粒子在不同外加磁場方法下的AFM與MFM之表面形貌與磁區變化行為;接著利用原子力顯微鏡與磁力顯微鏡本身內建軟體，分析奈米粒子的Contrast difference of MFM signal。 利用磁力顯微鏡大氣系統在觀測上的優勢是:易於操作(不需抽真空)、解析度高，可看到樣品的表面形貌與最想觀測的磁區變化，搭配分析軟體可做Contrast difference of MFM signal的測量，並繼續利用Origin軟體作圖分析……等等。但是缺點在於真空度不佳，對於樣品表面的乾淨度不易維持，所以欲達到原子層級解析有困難，並且MFM的磁針只有三個月的壽命，必須趁探針尚有磁性的時候趕快測量，否則時間一過，就沒辦法量測出MFM圖形。另外，在掃MFM時容易遇到MFM模式常常掃不到磁區的情況，原因歸於有時候樣品的磁性變化不是那麼明顯，或是探針的磁性已經消磁等等。這是做實驗上遇到的最大困難度。此外，實驗上做Hemholtz線圈邊加磁場邊掃會容易受到磁場history的影響，也是實驗上會遇到的問題。 實驗結果顯示，排除MFM有時候不能掃到理想磁區的限制之外，磁力顯微鏡協助我們觀察Co、Ni及Co+Ni複合體奈米粒子在不同外加磁場方式下所呈現的結果，的確對我們不同的樣品量測MFM的優良與否判斷有其貢獻。結果發現，Co奈米粒子的MFM磁區最容易觀察，反之，Co+Ni奈米粒子最不容易觀察，Ni奈米粒子居於中間。Item 理論計算探討教(1)HFCO + nH2O(n=1,2)之反應機構(2)N-H鍵活化反應機構: Ni(0) + NH3 -> NiNH + H2(2008) 蔡武宏本論文分為三大主題: 第一部分: 理論計算探討HFCO + H2O 的反應機構 在ab initio MP2/6-311++G(d,p) 的理論計算層級下，討論HFCO + H2O 反應的可能反應機構，並對反應物、反應中間體、過渡態及產物進行全面性的幾何優選。考慮了三條可能的反應途徑: 催化反應、協同和逐步的水解反應機構。其中，以催化反應直接生成HF 和CO 所需的活化能障29.6 kcal/mol為最低，且其所成的產物複體在熱力學上較為穏定的。在水解機構方面，協同反應所需的活化能為33.0 kcal/mol，較逐步反應的活化能要低些。水解逐步反應所需的活化能為42.1 kcal/mol，為此一研究中活化能障最高者。 第二部分: 理論計算探討HFCO + 2H2O 的反應機構 採用ab initio MP2/6-311++G(d,p)研究了Formyl Fluoride 與二分子H2O在氣相中的反應機構。考慮了三條可能的反應途徑: 催化反應、協同和逐步的水解反應機構。計算結果表明氣相中催化反應是最優途徑，其所需的反應活化能為24.9 kcal/mol，且其所產生的產物複合物能量為位能圖中能量最低者。而在水解反應部分，反應中的一分子H2O為反應物，而另一H2O分子為催化劑，活化能則是逐步反應較協同反應為低，但二者並無明顯的差異，分別為29.7 kcal/mol與30.6 kcal/mol。 第三部分: 密度泛函理論計算探討N-H鍵活化: Ni (0) + NH3 à NiNH + H2的反應機構 在密度泛函B3PW91/6-311++(2d,2p)及 B3PW91/6-311++G(3df,2p)的理論基礎上，探討了三重態與單重態鎳原子與氨分子的反應。除了結構外，我們也利用Wiberg鍵級說明了反應路徑上各個中間體與過渡態的鍵結傾向。結果顯示，單重態和參重態的Ni與NH3反應產生NiNH及H2反應在熱力學上均屬於吸熱反應，其反應熱相對於反應物Ni + NH3分別是單重態的10.61 kcal/mol及參重態的36.99 kcal/mol。