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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    微波介電材料MgTiO3-CaNdTiO3系統
    (2011) 游鎮遠; J. Y. You
    微波介電材料CaTiO3具有極高的介電常數,非常符合現代微波被動元件小型化的需求,但其缺點為過高的共振頻率溫度係數 。我們摻雜 為負值的MgTiO3,組合成 趨近於0的複合物,本論文的主旨是探究MgTiO3- CaNdTiO3系統之光譜性質。 我們測量(1-x)MgTiO3-xCa0.61Nd0.26TiO3+Mn2O3 (x = 0.2、0.4、0.6、0.8)樣品的拉曼散射光譜,715 cm-1拉曼散射峰屬於氧八面體呼吸振動模,其強度隨x增加而變小,並與微波頻段之Q × f值的變化趨勢一致。此外,Ca1-yNd2y/3TiO3+Mn2O3 (y = 0.3、0.39、0.48)樣品的524 cm-1氧八面體扭轉振動模的半高寬與Q × f值呈現反比關係,這些實驗結果意味著,氧八面體的振動與樣品的介電特性有緊密關聯性。 我們測量上述樣品的紅外光反射光譜,發現紅外光活性振動模中,氧八面體相對於B site陽離子彎曲振動模為樣品介電常數的主要貢獻者,且其所占介電損失的比例也最大。此振動模的對稱性低,具有較大之極化能力,亦即離子轉動的程度較大,因此產生更大的阻尼所導致。
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    微波介電材料 La(Mg1/2Ti1/2)O3 和 (A2+1/3B5+2/3)1/2Ti1/2O2 (A2+ = Mg, Ni, and Zn, B5+ = Nb and Ta) 之光譜性質研究
    (2009) 楊閔媞
    我們研究固態法和檸檬酸鹽法兩種不同方法製成的 La(Mg1/2Ti1/2)O3 以及不同原子取代的 (A2+1/3B5+2/3)1/2Ti1/2O2 (A2+ = Mg, Ni, and Zn, B5+ = Nb and Ta) rutile系列的光譜性質,並探討紅外光光譜特徵與其微波特性的關聯。 首先,我們觀察到 (i) x 光繞射能譜顯示兩種不同製程方法的 La(Mg1/2Ti1/2)O3 塊材具有相同之晶格結構;(ii) 兩個樣品都有 12 個拉曼聲子振動模,但固態法樣品峰值的半高寬較窄,暗示其比檸檬酸鹽法樣品具有較好的晶格同調性;(iii) 兩個樣品皆有 10 個紅外光聲子振動模,並推算出離子晶格貢獻的介電常數與品質因子。固態法的介電常數較高,且固態法在 1 THz 的品質因子也較好。 接著,我們發現到 (i) 六個 rutile 系列樣品的 x 光繞射峰皆對應到 rutile 結構的峰值,且沒有雜相存在;(ii) 六個樣品的紅外振動模頻率位置有差異,應與氧八面體中陽離子與氧的鍵結強度有關;(iii) 在高頻及微波頻段量測介電常數和品質因子以 (Mg1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 及 (Mg1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 趨勢最為符合;(iv) (Zn1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 品質因子最高,但介電常數最小,(Zn1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 介電常數最高,但品質因子最差。 最後,(Mg1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 及 (Mg1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 樣品隨著溫度的下降,我們發現聲子軟化的現象,此結果符合賴登-沙哈-泰勒關係式。
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    Re3Ga5O12塊材與Ba(Mg1/3Ta2/3)O3薄膜之光譜性質研究
    (2008) 王信介; Hsin-Chieh Wang
    我們研究不同稀土元素取代之 Re3Ga5O12 (Re = Nd, Sm, Eu, and Dy) 塊材以及不同成長條件之 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜的光譜性質,並 探討紅外光譜特徵與其微波特性的關連。 首先,我們觀察到 (i) Re3Ga5O12 塊材具有 14 個遠外紅光區聲子 振動,並推算出離子晶格貢獻的介電常數與品質因子;(ii) 在 200 cm-1 ~ 800 cm-1 的鎵四面體的內膜振動聲子決定了大部份的介電特性,隨 著鑭系收縮效應聲子振動頻率呈現合理的藍移,其中介電貢獻第一、 二名的 9、10 號聲子 (同為鎵四面體非對稱彎曲振動模),其半高寬 趨勢與微波量測所得的品質因子趨勢呈高度負相關,可說 Re3Ga5O12 塊材複雜的結構中鎵四面體主導了其主要的介電性質。 再者,我們觀察到 (i) Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜巨觀排列屬於無序的 立方晶系結構 ( Pm3m ),微細結構則介於無序立方晶系及有序六角 晶系結構 ( P3m1) 間的過渡態,此外隨著鍍膜時間的增加,我們發現 到 BaCO3 雜相的生成,這影響了Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜品質;(ii) 利 用紅外光光譜推算薄膜的介電特性,薄膜靜介電常數最高可達到 13.27,與塊材 (約 25) 有段距離,而品質因子最好僅為 9980 GHz, 與塊材 (約 70000 GHz) 相距甚遠。
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    鎵石榴石微波陶瓷的延伸X光吸收精細結構與拉曼光譜研究
    (2007) 呂杰翰; Chieh Han Lu
    本文以延伸x光精細結構光譜(Extended X-ray absorption fine structure)與拉曼散射光譜(Raman spectrum)對Re3Ga5O12 Gallium Garnet陶瓷的微波特性相關性質進行研究,其中A-site元素由不同的稀土族元素所置換,分別為Nd, Sm, Eu, Dy,在X光精細結構光譜的研究中,可發現鎵多面體的相對大小與晶體的介電常數(Dielectric constant)有關;而由對拉曼光譜的分析,可歸納出聲子的半高寬與品質因子(Quality factor)間的關連性,當聲子半高寬較小時,表示晶體的結晶性良好,晶體的振動因而能與外加電磁波的頻率一致(coherent)。關連不同原子結構的聲子性質亦被分析,與A-site結構相關的聲子頻率較高時,表示A-site氧十二面體的體積較小,而鎵多面體的相對體積較大,介電性質的變化被發現與多面體間的相對體積變化有關。 在摻雜TiO2共同燒結的Sm-Garnet微波特性研究中,我們同樣利用EXAFS與拉曼光譜進行分析,結果顯示,Garnet結構並沒有顯著的改變,而在晶粒的邊界中存在有Ga2O3以及鈦原子相關的化合物,這些二次相的出現降低了邊界的電磁波反射,改善了微波特性。
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    近場掃描微波顯微鏡的研發製作
    (2015) 賴奎元; Lai, Kwei-Yuan
    鐵磁共振儀是研究自旋動力學不可或缺的強大工具。多年前本實驗室以向量網路分析儀(VNA)為基礎開發了鐵磁共振儀(FMR)。現在我們致力於將研究延伸到局域性的鐵磁共振量測(LFMR),而近場描微波顯微鏡(NSMM)正是達成此目標的必要條件。 文主要呈現自行研發製作掃描穿隧顯微鏡(STM)和近場掃描微波顯微鏡(NSMM)的過程,包含兩套顯微鏡架設所需的核心理論、儀器介紹、開發過程。最後,以特製的樣品來檢驗STM與NSMM的解析度與靈敏度。
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    石墨烯的微波元件研究
    (2015) 王韋翔; Wang, Wei-Hsiang
    石墨烯是由單層碳原子所組成的六角晶格結構,有著高電子遷移率以及反常的量子霍爾效應等有趣以及優異的物理特性,因而被廣泛的研究,像是石墨烯的DC 傳輸量測以及拉曼、光致發射、和紅外光譜等實驗研究,但卻鮮少有石墨烯在量子霍爾領域的微波實驗,因此本論文的研究目標是希望藉寬頻微波量測觀察石墨烯在量子霍爾領域以及微波頻率下的動態反應,本論文會先研究石墨烯微波元件製程方法,由石墨烯的位置定位到共平面波導的設計以及製程,並確認了其微波元件能夠達到阻抗匹配。本論文有兩種石墨烯的微波元件,一種是石墨烯位於中心線與接地面之間,而另一種是位於中心線與中心線之間,而後者與前者的製程差異在於後者會加上由NiCr作成的電阻,其製程方式是藉由蝕刻液來調整NiCr的幾何形狀來達到阻抗匹配。   量測方面則是在低溫(1.5 K)高磁場下(8 T)分別使用AC及DC量測,本論文在DC的量測中觀察到了量子振盪(quantum oscillation),且觀測到AC量測的數據與DC量測的數據會有一樣的趨勢,最後本論文建立了一個分析模型嘗試將S-parameters據轉換成AC電導。
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    拓樸絕緣體之微波元件研究
    (2015) 王君倫; Wang, Chun-Lun
    本文主要探討拓樸絕緣體的微波實驗,材料主要是硒化鉍(bismuth selenide,Bi_2Se_3),文中提出與其他團隊研究不同的寬頻微波量測方法,目的在於研究微波寬頻頻譜下拓樸絕緣體的動態行為。本文亦包含有關微波實驗中儀器的設置,因實驗需求本實驗需改裝實驗樣品量測桿以符合低溫微波量測之需求,包含微波接頭設計、製作,微波導線裝設等。文中呈現拓樸絕緣體 Bi_2Se_3 薄膜的低溫電阻率量測,並探討微波實驗中,共平面波導對於 S 參數的影響,模擬共平面波導之集總電路(lumped circuit)模型。