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 弱鐵磁超導性 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, Sm, and Nd) 之光譜性質研究(2008) 郭俐吟我們研究 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, Sm, and Nd) 多晶樣品的光譜性質。RuSr2GdCu2O8 樣品的室溫拉曼散射光譜與之前的論文 [Physica C 341, 2209 (2000)] 結果相當吻合,以離子半徑較大的稀土元素 (R = Eu, Sm, and Nd) 取代 Gd 離子時,可觀察到 A1g(5) 及 A1g(6) 振動模的頻率位置隨著置換離子半徑增大出現紅移現象且半高寬增大,印證了中心離子變大造成單位晶胞體積增加的趨勢。 其次,我們研究這些樣品的變溫全頻反射光譜。室溫時,由光譜圖中可觀察到 RuSr2RCu2O8 (R = Gd, Eu, and Sm) 三個樣品在低頻處有居德響應,表示樣品呈現金屬性。隨著溫度的降低,RuSr2GdCu2O8 樣品的 638 cm-1 振動模及 RuSr2EuCu2O8 樣品的 656 cm-1 振動模頻率位置出現藍移現象且半高寬變窄。相反地,RuSr2NdCu2O8 樣品的 346、583 及 648 cm-1 振動模隨溫度降低出現紅移現象,我們猜測這些聲子頻率的位移可能是因為電子自旋與聲子耦合的影響,或是在降溫後樣品結構上出現局部相轉變有關。在超導相變溫度以下時,我們利用偏總和定則,計算出有效電荷數的減少量,並進一步估算出 RuSr2GdCu2O8 與 RuSr2EuCu2O8 的倫敦穿透深度 (λL) 約為 9410 Å 與 23805 Å。Item 反鐵磁氧化物ACu3Ti4O12、CaMnO3 及Sr2YRuO6之光譜研究(2006) 梁高蓁; Kao-Chen Liang我們研究反鐵磁氧化物CaCu3Ti4O12 (CCTO)、Na0.5La0.5Cu3Ti4O12 (NLCTO)、Na0.5Bi0.5Cu3Ti4O12 (NBCTO)、CaMnO3 及 Sr2YRuO6 之變溫光譜響應。首先,當用Na 和 La 離子或Na 和Bi 離子取代 Ca 離子時,X光繞射譜顯示NLCTO 和NBCTO 產生侷部晶格扭曲現象,同時,其靜介電常數變小,但CCTO、NLCTO 和NBCTO 樣品的反鐵磁相變溫度仍相近。有趣地是,CCTO的121 cm-1 紅外光聲子在低溫時呈現相對於高溫的紅移現象,並伴隨著線寬和強度的增加,這種異常行為在兩個摻雜樣品中效應變小。我們使用異質(extrinsic)特性的 Internal Barrier Layer Capacitance (IBLC) 效應並結合有效電荷(Born effective charge)的數據來解釋為什麼CCTO有這麼巨大的介電常數和這個介電常數隨溫度變化的行為。我們猜測由於兩個摻雜樣品扭曲的晶格結構破壞了IBLC 機制,所以,兩個摻雜樣品的介電常數比未摻雜的CCTO小很多。其次,CaMnO3 的紅外光外模振動模(~257 cm-1)在接近尼爾溫度(~125 K),由於自旋和聲子耦合影響,產生紅移的現象,並伴隨著線寬和強度的變化。CaMnO3 的三個電子躍遷吸收峰(~2.11 eV、~3.48 eV及~6.3 eV),在接近尼爾溫度時,其權重也呈現重新分佈的變化。最後,Sr2YRuO6的紅外光彎曲振動模(350 cm-1)和伸長振動模(545 cm-1)呈現Fano不對稱,同時,隨著溫度降低,在接近弱鐵磁相變(~135 K)時,兩者皆產生不連續藍移的現象,當溫度再降低到尼爾溫度時(~21 K),其自旋與彎曲振動模耦合強度又再增強。藉由高頻光學電導率的分析,得到庫侖排斥能量約為~2 eV、電荷躍遷能隙約為~2.82 eV,及晶格場分裂能量約為~3.37 eV。Item 以氨熱法形成Ba0.5(NH3)Fe2Se2 的超導性質(2013) 簡守廷; Shou-Ting Jian從其他類122結構的超導體KxFe2Se2 (Tc ~ 32 K),我們發現此類超導體與Ba1-xKxFe2As2 (I4/mmm)系統是類似的,而此類超導體將FeSe的超導溫度從8.5 K升高到32 K 的原因是因為將鹼土或是鹼金屬元素嵌入了FeSe的層狀結構中。因此我們試著用液態氨能夠溶解鹼土與鹼金屬融的特性(氨熱法)將Ba嵌入至中FeSe的層狀結構中。 而在四角結構β-Fe1+xSe 中,我們以x = 0.008 當做氨熱法的基材,因為在所有我們嘗試的比例中(0.005 到 0.02),不論從XRD 還是在低溫時超導的相轉變溫度都有最好的表現。 而從中子繞射的實驗中得知Li0.5(NH3)Fe2Se2結構與122結構的超導相似只是原本鹼土族與鹼金屬的位置(2a)在結構中被NH3所佔據,另外Li也分別坐落在(2b)以及(4c)位置上,而經過反應後的樣本我們以XRD的相對強度模擬出類似的Ba0.5(NH3)Fe2Se2結構。此Ba0.5(NH3)Fe2Se2擁有39 K 的超導相轉變溫度,以及經由磁性測量結果推導出此樣本的μ0Hc1 ~ 21.1 G 與μ0Hc2 ~ 53.82 T。Item Two-gap 超導體:Ax(NH3)Fe2Se2 (A=Ba, Sr or Ca)的超導性質研究(2018) 李育渤; Li, Yu-Bo高純度超導體Ax(NH3)Fe2Se2 (A =鋇, 鍶 or 鈣)是經由氨熱法將鹼土金族鑲入belta-FeSe裡,製作出來的樣本是純超導,在過去245-phase的反鐵磁相會跟超導相一起共存,這是一個很頭痛的問題,因為反鐵磁相會影響超導性質的基本量測。 利用氨熱法製作的樣本之基礎超導性質像超導臨界溫度Tc (Tc = 39 K for A =鋇, 44 K for鍶 和43 K for鈣),然而Tc的增高引起了大家對於Ax(NH3)Fe2Se2 (A = alkali 或 alkaliearth)產生了高度的興趣,不只是好奇為何Tc會增高,還包含了一連串超導性質與機制。 而經由X-ray的測量後,我們發現Bax(NH3)Fe2Se2與Srx(NH3)Fe2Se2的c-axis的變化,進而讓鐵硒原本的三維費米面轉化為近似二維費米面,除此之外,這篇論文還會提供基本的超導性質像超導低臨界場Bc1(0 K) (30 G for A =鋇 和24 G for A = 鍶) 和超導高臨界場Bc2(0 K) (13.4 T for A =鋇 和60.7 T for A =鍶)隱喻了Ax(NH3)Fe2Se2 (A =鋇, 鍶 or 鈣)是two-gap model、超導相干長度xi(0) (4.96 nm for A = Ba和2.33 nm for A = Sr)、Ginzburg-Landau parameters kappa(102.4 for A = Ba和266 for A = Sr)、超導穿透深度penetration depths lambda(0) (508.2 nm for A = Ba和620 nm for A = Sr)以及超導能隙分別為delta1 = 6.47 meV 和 delta2 = 1.06 meV。Item 高溫超導銅氧化物Y1-xCaxBa2Cu3Oy和Y1-xPrxBa2Cu4O8之光譜研究(2004) 翁士民; Shih-Min Weng我們研究摻雜不同電洞濃度之銅氧化物超導體Y1-xCaxBa2Cu3Oy與次摻雜之Y1-xPrxBa2Cu4O8的光譜特性,這些資訊有助於我們了解在不同相圖區域的樣品之內部電子結構、晶格動力學及雙磁振子激發的變化。 首先,藉由分析Y1-xCaxBa2Cu3Oy的全頻光譜,我們發現,隨著電洞濃度增加,紅外光活性聲子逐漸被屏蔽,電漿邊界有藍位移的趨勢,尤其重要的是光學電導率顯現高頻往低頻的權重轉移現象,與Y1-xCaxBa2Cu3Oy的電性相轉變有緊密的關連性。此外,總和定理的分析顯示過摻雜樣品的有效電荷數目偏離Tc與電洞濃度的關係曲線。 其次,我們分析Y1-xCaxBa2Cu3Oy的拉曼散射光譜,實驗結果顯示電子-聲子交互作用引起O(2,3)反向振動模的不對稱,隨著電洞濃度增加,頻率往低頻偏移至過摻雜而趨緩,有趣地是,僅有理想摻雜樣品的聲子自洽能受到超導臨界溫度之影響。另一方面,我們觀察到高頻拉曼散射光譜呈現雙磁振子的激發峰,隨著電洞濃度增加,雙磁振子的峰值往低頻偏移且半高寬變大,顯示其超交換能變小,衰減參數變大,反鐵磁性短程有序的相干長度變短。 最後,我們觀察到Y0.9Pr0.1Ba2Cu4O8樣品的雙磁振子峰值,介於YBa2Cu4O8與PrBa2Cu4O8的雙磁振子激發峰之間。Item 濺鍍MgB2薄膜的X光吸收光譜(2003) 吳良彥摘要 MgB2是2001年由日本J. Akimitsu教授實驗室首先發現的新超導材料。由於其具有比一般傳統金屬性超導幾乎2倍的超導臨界溫度、高度的實際應用性,加上此材料的晶格結構及電子結構特殊,其超導性質無法完全以BCS理論解釋,而引起各界的高度關注。 我們嘗試以兩階段方式成長MgB2膜於R-plane Al2O3上。首先以熱蒸鍍( Thermal Evaporator Deposition)和射頻磁控濺鍍(Radio Frequency Magnetron Sputtering Deposition)兩種鍍膜方式鍍出各種初級膜,再將初級膜置於高溫爐退火(annealing)處理。 接著,我們將這些成長於R-plane Al2O3的薄膜拿至同步輻射中心做X光吸收譜的實驗,得知由熱蒸鍍所得的硼膜品質相當的好,無氧化情形,但在退火處理後,卻未發現硼膜有所變化。而濺鍍靶材Mg -rich MgB2所得的初級膜含有少量的B2O3,經退火處理後,發現B2O3消失,反而出現MgO的訊號。 不過此樣品的B-edge吸收譜已接近MgB2 powder的吸收譜,故我們再嘗試不同的退火條件終於成功的製作出臨界溫度約30K的多晶(polycrystalline)MgB2膜。