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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    以拉曼散射光譜分析氮化鎵與碳化矽薄膜之應變分佈
    (2012) 鍾佩君; Pei-Chun Chung
    我們測量氮化鎵與碳化矽薄膜的拉曼散射光譜,研究薄膜的晶格結構,並以直線掃描方式測量薄膜截面的拉曼散射光譜,分析拉曼特徵峰參數隨距離薄膜表面不同深度的變化,進一步建立膜厚與應變、殘餘應力的相關性。 首先,7.6 micrometre厚度氮化鎵薄膜的拉曼散射光譜顯示兩個顯著特徵峰(E2(high)與A1(LO)對稱性振動模),其頻率位置約為569 cm-1與739 cm-1,截面光譜顯示五個一階拉曼活性振動模,E2(low)、A1(TO)、E1(TO)、E2(high)、及E1(LO)拉曼特徵峰的頻率位置約為143 cm-1、531 cm-1、558 cm-1、567 cm-1及740 cm-1,這意味著,氮化鎵薄膜屬於六方烏采晶格結構。而5.0 micrometre厚度碳化矽薄膜表面與截面的拉曼散射光譜皆顯示TO與LO對稱性振動模,其頻率位置約為796.1 cm-1與970.5 cm-1,代表碳化矽薄膜為立方晶系結構。 接著,我們以直線掃描方式測量薄膜截面的拉曼散射光譜,發現7.6 micrometre厚度的氮化鎵薄膜之E2(high)對稱性振動模與5.0 micrometre厚度的碳化矽薄膜之TO振動模愈接近基板界面,其頻率位置展示藍移現象;反之,4.0 m厚度、及摻雜矽之4.0 micrometre與2.0 micrometre厚度氮化鎵薄膜之E2(high)對稱性振動模顯示紅移現象。 氮化鎵薄膜的E2(high)振動模出現紅移現象,代表薄膜內部存在伸張應變,此時薄膜與基板的晶格常數不匹配對薄膜應變影響較明顯;若是薄膜的E2(high)振動模出現藍移現象,則表示薄膜內部存在壓縮應變,此結果表示熱膨脹係數對應變的影響較顯著。氮化鎵薄膜與藍寶石基板交界面的應變量值約為8.0 × 10-4 ~ 1.16 × 10-3 。而碳化矽薄膜的TO振動模出現藍移現象,此與碳化矽薄膜的沉積溫度與速率有關,其與矽基板交界面處的應變量值約為1.78 × 10-4。
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    xSr(Mg1/3Ta2/3)O3-(1-x)Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波介電材料的光譜研究
    (2009) 張益豪; I-Hao Chang
    我們研究摻入不同Sr濃度的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 (xSr(Mg1/3Ta2/3)O3- (1-x)Ba(Mg1/3Ta2/3)O3,縮寫為xSMT-(1-x)BMT,x = 0.0~1.0) 的光譜特性,包含X光繞射(XRD)、延伸X光吸收精細結構(EXAFS)、拉曼散射及紅外反射光譜,並從光譜特性中找出與微波介電特性之關聯。在X光繞射實驗中,我們發現在x = 0.25之後(範圍在2θ = 42°~44.5°)會出現單斜結構 (-2 6 0) 的繞射峰,因此從X光繞射並不容易觀察出xSMT-(1-x)BMT的相變行為。在延伸X光吸收光譜中,不論是在以Ta為中心還是以Sr為中心的χ(R)光譜中,皆可看出光譜大致上有三階段的變化,證實xSMT-(1-x)BMT的晶格結構隨Sr摻入濃度x的增加產生改變。拉曼散射從單斜結構所主導之拉曼散射峰的出現,預測在x = 0.625時可能已經產生相變。紅外反射光譜的波形不容易看出相變,但從聲子的頻移分析可以得到相變發生的事實。 我們發現B位置 (Mg和Ta) 的有序程度與微波品質因子有很高的關聯性,而兩個A1g(O)聲子的寬度亦與微波品質因子有密切關係。相變之後(x ≥ 0.65),BO6才是決定微波介電常數趨勢的重要因素,因此我們推論x ≤ 0.5時A位置對微波介電常數的影響是顯著的。異常紅外聲子和微波介電特性是有關聯的,但是需要更多來自第一原理的資訊才能有清晰的解釋。
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    La(2-x)/3NaxMg1/2W1/2O3微波介電材料之拉曼光譜與延伸X光吸收精細結構研究
    (2008) 曾玉君; Yu-Chung Tseng
    本文利用三種光學方法:拉曼散射、X光繞射和延伸X光精細結構吸收譜,測量結構為A(B’1/2B”1/2)O3之鈣鈦礦陶瓷La(2-x)/3Nax(Mg1/2W1/2)O3的氧八面體結構,以探討缺陷結構晶體之氧八面體與其微波性質的關聯性。此系列樣品共有六個,x代表鈉原子的濃度,從0、0.1、0.2、0.3、0.4到0.5。隨著鈉原子濃度上升,則晶格空缺比例減少,樣品之晶體結構從斜方結構轉變為單斜結構,介電常數與品質因子Qxf值均為逐漸下降之趨勢。從X光吸收譜可以明確地探測出以鎢原子為中心周圍六顆氧原子的距離與分佈,當鈉原子摻雜濃度增多,造成鎢與氧原子的平均鍵長變小,證實了氧八面體的扭曲造成其體積壓縮,使得介電常數下降。拉曼光譜實驗顯示專屬氧八面體伸縮振動的A1g(O)振動模具有聲子頻率紅移的現象,表示氧八面體周圍A-site密度隨著質量遠小於鑭原子的鈉原子摻雜逐漸變小,使得氧八面體伸縮振動變得輕易,因此氧八面體體積雖然為壓縮,但是整個八面體網路結構卻是變鬆散,造成A1g(O)聲子頻率位移產生紅移。由於缺陷結構的品質因子與晶體結構之有序性及對稱性成正相關,將聲子半高寬乘上鎢與氧原子距離之標準差值,可得與Qxf值成反比之關係。從拉曼實驗及X光吸收譜實驗分析顯示本文樣品的微波介電特性與氧八面體微觀結構直接相關。
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    A(B’1/3B”2/3)O3介電陶瓷之微觀結構與微波特質關聯性研究
    (2006) 陳美瑜; Mei-Yu Chen
    本文利用拉曼散射、X光繞射和延伸X光吸收譜等光學方法來測量A(B’1/3B”2/3)O3鈣鈦礦陶瓷中氧八面體結構、 1:2有序結構與其微波性質的關連性。樣品共有三組,第一組樣品為不同燒結條件的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3。此組樣品皆為Q×f值非常高的樣品,X光繞射分析發現1:2有序程度高其Q×f值越高。此組Ba(Mg1/3Ta2/3)O3樣品的微觀結構非常相近,氧八面體體積差異無法由拉曼散射和X光吸收實驗解析。第二組樣品為鎳掺雜之Ba(Mg1/3Ta2/3)O3,即xBa(Ni1/3Ta2/3)O3 +(1-x)Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 (x=0~0.03)。X光吸收譜可以很明確知道鎳原子是取代鎂原子的晶格位置,而當鎳掺雜濃度越多時,氧八面體越緊密,此時介電常數也隨之減小;且鎳掺雜的越多,1:2有序結構被破壞的程度愈高,Q×f值也隨之降低。第三組樣品是燒結溫度介於1350~1550oC的五個Ba(Co1/3Nb2/3)O3陶瓷樣品。當燒結溫度為1400oC時,實驗發現Ba(Co1/3Nb2/3)O3具有最小的介電常數和最大的Q×f值。此樣品的氧八面體也最緊密、1:2有序程度也最好。燒結溫度高於1400oC之樣品,介電常數開始變大、Q×f值變小,且氧八面體結構開始鬆散、1:2有序程度變差。實驗顯示燒結條件會強烈的影響到晶體內氧八面體結構與1:2有序程度,其微波特性與氧八面體微觀結構直接相關。
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    鈣鈦礦氧化物(SmBaMn2O6)與異質結構(Nd0.35Sr0.65MnO3/YBa2Cu3O7)的光譜性質研究
    (2017) 廖鈺汝; Liao, Yu-Ju
      我們研究鈣鈦礦結構Nd0.35Sr0.65MnO3(NSMO)(30 nm)薄膜、YBa2Cu3O7(YBCO)(40 nm)薄膜、NSMO(30 nm)/YBCO(30 nm)異質結構薄膜材料及雙鈣鈦礦結構SmBaMn2O6單晶之光譜性質。我們使用橢圓偏振光譜探究異質結構薄膜材料與SmBaMn2O6單晶的光學常數與電子傳輸性質,並進一步使用拉曼散射光譜探討SmBaMn2O6單晶的晶格-電荷-自旋多重耦合效應。   NSMO的室溫光學電導率能譜展現兩個主要的吸收峰,位置分別為1.1 eV和3.7 eV。1.1 eV和3.7 eV分別對應到Mn3+ d→鄰近Mn4+ d及O 2p→Mn 3d軌域之電子躍遷。YBCO的室溫光學電導率能譜譜,有三個主要的吸收峰,分別為3.1 eV、3.8 eV和4.6 eV,3.1 eV對應到O 2p→Cu 3d軌域的電子躍遷,3.8和4.6 eV兩個峰主要為Cu(1) 3d_(3z^2-r^2 )→ 4p_x的電子躍遷。NSMO/YBCO異質結構的吸收峰位置與強度不同於NSMO與YBCO單層薄膜,可能與薄膜應變效應的改變有關,新產生與消失的吸收峰,推測為界面所引起。   SmBaMn2O6單晶的室溫吸收光譜顯示有三個主要的吸收峰:1.3 eV、3.4 eV及4.2 eV,第一個對應Mn3+ d_(3x^2-r^2 ) 或d_(3y^2-r^2 )→鄰近Mn4+ d軌域之電子躍遷,第二、三個對應O 2p→Mn 3d軌域之電子躍遷。樣品在溫度高於電荷軌道有序轉為無序之相變溫度(TCO1, 370 K)時,X光繞射實驗顯示Jahn-Teller效應減緩,導致d-d電子躍遷能量減小。SmBaMn2O6的拉曼散射光譜有4個主要拉曼峰:196 cm-1、330 cm-1、485 cm-1及614 cm-1,分別為旋轉1、旋轉2、Jahn-Teller扭曲及呼吸振動模,旋轉1及呼吸振動模在溫度高於330 K時消失;溫度低於電荷軌道有序態之相變溫度(TCO2, 200 K)時,Jahn-Teller扭曲及呼吸振動模皆分裂成兩個峰,且整個頻譜多了許多新的拉曼峰,表示有強烈的電荷-軌道耦合及超晶格的產生。