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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    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 Chen
    Magnetic 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.
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    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。
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    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。
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    二氧化碳與烷類轉換反應在銥原子氧化石墨烯表面之理論計算研究
    (2014) 陳志均; Chih-Chun Chen
    本篇文章藉由密度泛函理論研究二氧化碳和烷類在銥原子氧化石墨烯表面進行轉換反應。銥原子氧化石墨烯表面對甲烷、乙烷和二氧化碳具有高吸附能,其吸附能分別為 -0.86、-0.92和-0.56eV。在甲烷與二氧化碳的轉換反應下,甲烷分子先吸附在表面(Eads = -0.86 eV)後,進行C-H斷鍵形成CH3和H片斷,此步驟經過0.61 eV的反應能障,其中氫原子片斷與表面上的環氧基形成OH,而CH3與OH再進行結合形成甲醇,此步驟經過0.91 eV的反應能障,最後形成的CH3OH分子脫附表面,脫附能量為0.64 eV,此過程不趨向與二氧化碳發生反應,而趨向進行甲烷氧化反應。在二氧化碳分子和乙烷分子的轉換方面,首先乙烷吸附於表面,吸附能為-0.92 eV,接著進行C-H斷鍵而形成乙基和氫原子分別吸附於銥原子以及環氧基,此步驟跨越0.63 eV,接著在二氧化碳吸附(Eads = 0.58 eV)後,有四種可能的反應路徑:乙基與二氧化碳結合分別形成 (1) C2H5COO (Ea = 0.95 eV); (2) COOC2H5 (Ea = 1.70 eV);氫原子與二氧化碳結合分別形成 (3) COOH (Ea = 1.49 eV);(4) HCOO (Ea = 3.54 eV),而路徑(1)形成的丙酸根為活化能最低,且最可能的反應路徑,因此反應趨向產生丙酸。關鍵字:轉換反應、二氧化碳、乙烷、氧化石墨烯、銥原子。