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。
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    鈷,鐵與紅熒烯在銥(111)上的表面結構與磁性研究
    (2017) 江培成; Jiang, Pei-Cheng
    無中文摘要
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    矽烯與鐵在半導體表面上成長的研究
    (2016) 許宏彰; Hsu, Hung-Chang
    無中文摘要
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    鐵在紅熒烯/矽(100)上磁性與結構之研究
    (2018) 謝祥予; Sie, Siang-Yu
    近年來研究指出,鐵磁性材料能受紅熒烯影響晶體結構,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到磁性表現,鐵磁材料鐵受到紅熒烯的影響,產生磁性與結構上的變化,成為本篇研究重點。本研究利用磁光柯爾效應儀、校內合作原子力顯微鏡與磁光柯爾顯微鏡、校外X光繞射與X光電子能譜儀,去探討射頻磁控濺鍍鐵薄膜在蒸鍍成長紅熒烯的系統於矽(100)之上。第一部分在鐵/矽(100)系統中,磁性量測矯頑力隨鐵薄膜厚度增加的變化,矯頑力從25奈米的60 Oe 巨幅上升至30奈米的120 Oe左右,而在鐵約27奈米設為轉變點,並透過X光繞射確認鐵薄膜40奈米以前為bcc結構排列;而在鐵/紅熒烯/矽(100)系統中透過加入不同厚度紅熒烯,觀察上層鐵薄膜的磁性變化,在紅熒烯厚度約1奈米,鐵的矯頑力上升轉變點的厚度提前,當紅熒烯厚度達4、12奈米,矯頑力上升的厚度提前至8奈米,透過X光繞射觀察在加入紅熒烯後發現,鐵薄膜bcc(110)的結晶性上升,其應力增加導致鐵薄膜磁異向能上升使矯頑力增加,而X光電子能譜發現鐵與紅熒烯之間產生介面效應,導致上層鐵薄膜的結構不同;第三部分觀察磁域翻轉模式在鐵薄膜厚度達15奈米以後為大片狀翻轉,在加入紅熒烯時鐵薄膜較薄時呈現細條狀翻轉,鐵薄膜27奈米以後則呈現大片狀翻轉,結合X光繞射分析晶粒大小與原子力顯微鏡分析顆粒在有無加入紅熒烯的不同導致磁域翻轉的變化。
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    含十六族元素(硫、硒、碲)與過渡金屬(鉻、錳、鐵)之團簇化合物的合成與反應探討以及化性與物性研究
    (2013) 詹昂; Ang Chan
    E–Cr (E = S, Se)系統 取硫粉末或是 SeO2 與 Cr(CO)6 於80 ~ 85 oC 下以2:3的比例在鹼性甲醇溶液中,加熱反應可得雙三角錐結構的 [HE2Cr3(CO)9]3– (E = S, 1a; Se, 1b),有趣的是當 1a 或 1b 在 – 40oC 低溫且充滿 CO 的環境下,加入兩當量的醋酸,可分別得到 [E2Cr3(CO)10]2– (E = S, 1a; Se, 1b) 伴隨著氫氣的產生。進一步我們將 2a 和 2b 分別與兩當量的 KOH 溶於MeCN/MeOH中並加熱至80 oC ,可逆反應生成 1a 和 1b。另一方面Na2S 和Cr(CO)6 於90 oC下以莫耳比2: 3在甲醇溶液中反應36小時,可得化合物 2a,並有效的提生產率由20 %至54 %。 此外我們將1a 分別與有機鹵化物 RX (R = PhCH2,X = Br;R = Ph,X = I) 反應可得到化合物 [S4Cr5(CO)14]3– (3),並伴隨著 Toluene 以及 Benzene的生成,相同地,1b 和 PhCH2Br 反應也可得到有機產物 Toluene,但與 PhI卻無反應發生。同時藉由理論計算對一系列化合物之電子結構、電化學進行分析與討論。 E–Mn–Fe (E = Se, Te)系統 取適量 E (E = Se、Te) powder 與 Mn2(CO)10 和 Fe(CO)5 及 [PPN]Cl 於75 oC下以莫耳比2: 1: 1: 1在1.66M KOH 甲醇溶液中反應,可得混和 Mn─Fe 的四角錐金屬團簇物 [E2Mn2Fe(CO)9]2– (E = Se, 1; Te, 2),有鑑於 X-ray 上無法分辨錳和鐵原子,因此利用密度泛函數理論 (Density Fuctional Theory) 進行分子的紅外線光譜模擬,證實此四角錐之底部四邊形是由 E2Mn2 以對位的形式構成,頂端蓋接 Fe(CO)3 片段。 再者,將四角錐錯合物1 分別與一當量 Fe(CO)5 和 Mn2(CO)10與適量 KOH 溶於 CH2Cl2/MeOH 下進行擴核反應,可得到不同金屬比例的八面體形結構化合物 [Se2Fe2Mn2(CO)11]2– (3) 和 [Se2FeMn3(CO)11]2– (4) 。化合物4亦可由 [Se2Mn3(CO)9]– 於冰浴下與一當量 [HFe(CO)4]– 進行擴核反應得到。進一步藉由理論計算對一系列混和錳鐵化合物之電子結構以及電化學進行分析與討論。 E–Cr–Fe (E =S, Se, Te)系統 取適量 S powder與 Cr(CO)6 和 Fe(CO)5 及 [PPN]Cl 於85 oC下以莫耳比1: 1: 1: 2 於2 M KOH 的甲醇溶液中反應,可得到主族為硫且混和鉻和鐵的八面體結構化合物 [S2Cr2Fe2(CO)12]2– (1)。將主族改變為硒,並將莫耳比改為1: 1: 1: 2,可得到一混和鉻鐵團簇化合物 [Se2CrFe3(CO)11]2– (2),根據 X-ray 單晶繞射分析顯示1和2均為八面體構形且E (E = S, Se) 原子分別蓋接在 M4 (M = Cr or Fe) 金屬環上方以及下方,但若將主族改變為碲,而莫耳比改為2: 1: 2: 2,卻得 arachano 錯合物 [Te2CrFe2(CO)10]2– (3),X-ray 單晶繞射分析顯示結構 3 底部為一蝴蝶構形的Te2Fe2(CO)9,再由一Cr(CO)4 片段橋接在Te2 上。進一步我們將化合物 2 於80 oC 1 M KOH的甲醇及乙氰溶液中反應可得到雙三角錐化合物 [Se2Cr2Fe(CO)9]2– (4). 並藉由理論計算對一系列混和鉻鐵化合物之電子結構以及電化學進行分析與討論。 關鍵字: 16 族元素、團簇化合物、錳、鉻、鐵、氫氣、電化學。
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    含銻及硫之過渡金屬 (鉻、鐵、銅) 團簇化合物的合成、轉換關係、化性、物性與理論計算之探討
    (2016) 孫子硯; Sun, Zih-Yan
    Sb‒Cr 系統 當含氫配子之四面體化合物 [HSb{Cr(CO)5}3]2‒ (1-H) 與 HBF4 進行反應,可形成不飽和平面三角形化合物 [Sb{Cr(CO)5}3]‒ (1),並伴隨氫氣的產生。有趣的是,利用液態紫外/可見光光譜得知,化合物 1 具有溶劑化顯色特性。將 1 與親核試劑 KX (X = F, Cl, Br, I, OH)、MeLi、NaBH4 反應,可得一系列路易士加成物 [YSb{Cr(CO)5}3]2‒ (Y = F, 1-F; Cl, 1-Cl; Br, 1-Br; I, 1-I; OH, 1-OH; Me, 1-Me; H, 1-H)。此外,當 1 與有機金屬試劑 [HFe(CO)4]‒ 反應,則可得一 [Fe(CO)4]2‒ 片段取代之含氫配子四面體混合鉻鐵化合物 [HSb{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]2‒ (2-H)。再者,當 2-H 進行去質子化反應時,可形成不飽和平面三角形化合物 [Sb{Cr(CO)5}2{Fe(CO)4}]‒ (2) 與雙 [Fe(CO)4]2‒ 片段橋接兩個 Sb 之混合鉻鐵產物 [HOSb2{Cr(CO)5}3{Fe(CO)4}2]‒ (3)。最後,藉由電化學、液態以及固態反射式紫外/可見光光譜與 X-ray 吸收近邊緣結構光譜 (XANES),並搭配理論計算來探討此系列化合物之合成、氧化還原行為、光學性質與電子結構特性。 S‒Fe‒Cu 系統 利用 [SFe3(CO)9Cu2(MeCN)2] (1) 與含氮配子 4,4’-dipyridine (dpy)、1,2-bis(4-dipyridyl)ethane (bpea)、4,4’-trimethylenedipyridine (bpp) 進行溶劑輔助研磨 (liquid-assisted grinding, LAG) 反應,可計量形成一系列混合鐵銅羰基之新穎一維聚合物 [SFe3(CO)9Cu2(dpy)3]n (3) 和 [SFe3(CO)9Cu2(bpea)]n (4) 及二維聚合物 [SFe3(CO)9Cu2(MeCN)(dpy)1.5]n (2)、[SFe3(CO)9Cu2(bpea)2]n (5) 與 [SFe3(CO)9Cu2(bpp)2]n (6)。藉由固態反射式光譜可得知此系列聚合物其能隙範圍為 1.44‒1.80 eV,皆具有半導體性質。另外,此系列 S‒Fe‒Cu 聚合物之合成、轉換關係及 Cu 金屬氧化態則藉由 X 光粉末繞射儀 (PXRD)、高解析 X 光電子能譜 (XPS) 與 X 光吸收近邊緣結構光譜 (XANES) 進一步驗證。