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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    從比例問題的表面結構和深層結構探究國一學生的解題表現及解題策略情形
    (2007) 郭佩儀; Pei-Yi Kuo
    本研究的主要目的是從比例問題的表面結構和深層結構探究國一學生的解題表現及解題策略情形,並瞭解表面結構解題和深層結構解題的關聯性。 本研究主要採取量化與質性取向的調查研究方法,包含紙筆測驗及個別訪談兩個部分。第一部分:比例問題的紙筆測驗乃是依據三個表面結構-數字型式、語意類型及量的性質設計而成,共計15題,主要以量的方式分析學生在這三個表面結構下的解題表現與解題策略是否有差異,資料收集的對象為彰化縣立某縣立國民中學460名國一學生;第二部分:個別訪談的主要目的則是在瞭解學生是否具備三個深層結構概念-共變原則、不變原則及相對改變原則,並分析深層結構是否與學生的解題表現及解題策略有關,訪談對象共計24名,依照高、中、低數學學業成就各選取8名學生。 本研究的結果顯示: (一)不同數學學業成就學生在不同數字型式的解題表現及解題策略有差異,數字型式的認知學習由易至難為第三式→第一式→第二式→第四式; (二)不同數學學業成就學生在不同語意類型的解題表現及解題策略有差異,語意類型的認知學習由易至難為熟知的量數問題→關係集合問題→放大-縮小問題→部分-部分問題; (三)不同數學學業成就學生在不同量的性質的解題表現及解題策略有差異,「離散量」的解題表現優於「連續量」,「外比」的解題表現優於「內比」,量的性質的認知學習由易至難為離散量-離散量-外比或離散量-連續量-外比→連續量-連續量-外比→離散量-離散量-內比或連續量-連續量-內比; (四)不同數學學業成就學生會因題目結構的不同而出現不同的解題策略,高數學學業成就學生傾向使用「公式法」,低數學學業成就學生傾向使用「單價法」; (五)高數學學業成就學生受表面結構影響程度最低且較瞭解比例深層結構概念,低數學學業成就學生受表面結構影響程度最高且較不瞭解比例深層結構概念,可用深層結構的表現預測學生的數學學業成就及在比例問題的答對題數; (六)學生受表面結構影響的先後順序可能為數字型式→語意類型→量的性質,深層結構的認知順序由易至難為共變原則→不變原則→相對改變原則; (七)比例概念的相對改變原則與題目的數字型式關聯度最高,比例概念的相對改變原則是掌控學生是否能正確解題的關鍵因素; (八)能成功解比例問題不代表瞭解比例的深層結構概念,但瞭解比例深層結構概念的學生卻一定能成功解比例問題。
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    超薄鐵銥合金的成分比例與結構研究
    (2011) 李亞倫; Ya-Lun Li
    本論文主要研究鐵超薄膜在銥(111)基底上的成長模式、表面結構、化學偏移及合金成分比例。樣品製備與實驗均在超高真空環境下進行,並透過低能量電子繞射與歐傑電子能譜進行實驗觀測。在室溫300 K鐵超薄膜的成長方面,我們首先以歐傑電子能譜觀察一系列不同厚度之鐵薄膜,發現鐵薄膜在銥單晶上的化學偏移與塊材電負度所預期的結果有相反的趨勢。當鐵薄膜厚度超過2 ML時,其L1M1M2歐傑電子動能隨厚度增加而下降,銥N1N2N7歐傑電子動能隨厚度增加而上升,介面效應仍然明顯;厚度超過4 ML時,鐵L1M1M2歐傑電子動能變化趨於平緩,介面效應減弱,此時樣品的化學狀態以塊材鐵為主。從室溫300 K鐵超薄膜成長之低能量電子繞射實驗結果發現,當鐵薄膜厚度超過5.8 ML時,鐵原子主要是以bcc(110)在fcc(111)上的Kurdjumov-Sachs (KS)模式進行磊晶;當厚度小於1.8 ML時,鐵原子則以基底fcc(111)的方式進行磊晶。鐵超薄膜樣品加熱退火至800 K時,我們從歐傑電子能譜的強度分析可以得到穩定的鐵銥成分比例為1:3;化學偏移的分析發現銥N1N2N7歐傑電子動能比起乾淨銥單晶有下降的趨勢,因此排除鐵原子退吸附的可能;在低能量電子繞射實驗結果中,電子入射動能120 eV時可以發現清楚的(2×2)亮點。由以上三個實驗結果我們推測鐵銥形成規則合金FeIr3,最後透過氬離子濺射實驗進行深度分析,發現實驗所得之濺射效率與FeIr3模型的計算結果相差3%,顯示鐵銥確實形成規則合金FeIr3。另一方面,在低能量電子繞射實驗結果中,電子入射動能75 eV時,可以發現鐵銥合金表面上存在有鐵的兩種結構:bcc(110) KS與bcc(111) (3/2×3/2)R20°。當鐵超薄膜樣品厚度大於5.8 ML時,此兩種結構會同時存在於加熱退火後的FeIr3合金表面;當厚度小於1.8 ML時,合金表面將只剩下bcc(111)結構。
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    鎳超薄膜在鉑(111)基板上之表面結構及表面磁光性質研究
    (2003) 蘇炯武; Chiung-Wu Su
    本實驗是利用歐傑電子能譜術、低能量電子繞射儀、紫外光電子能譜術以及利用表面磁光科爾效應來研究鎳金屬超薄膜在鉑金屬(111)表面上的結構及磁光性質。討論的範圍首先著重在鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磊晶成長模式、結構相圖和合金形成。我們經由歐傑電子能譜、低能量電子繞射及紫外光電子能譜的測量中發現鎳超薄膜在鉑單晶上是以2個原子層的層狀模式成長,且在磊晶的過程中我們更利用低能量電子繞射發現鎳超薄膜在鉑(111)表面上有一些有趣且特殊的結構:偽(1×1)超結構、(√3×√3)R30º、Ni(1.1×1.1)非同調性磊晶、衛星點結構以及(2×2)超結構。鎳原子發現在高溫時會擴散與鉑形成合金,當我們在進行0.8到3.0個鎳原子層熱處理時,結果發現當鎳的厚度愈高,鎳與鉑開始形成合金的溫度也就愈高。為了提高系統鎳超薄膜的膜厚準確度,我們利用兩種理論模型來計算並決定鎳超薄膜膜厚。此外,當經過高溫回火的鎳/鉑(111)表面經由離子濺射技術後亦發現表面組成大多為鉑原子所佔據,此部分確立了鎳原子與鉑原子形成合金的事實。 第二部分我們在鎳/鉑(111)表面上覆蓋銀原子層來研究鎳鉑合金形成因其所受到之影響並與未加銀原子層來做比較。結果發現,覆蓋銀原子層的鎳薄膜層必須上升到更高溫時才與鉑原子形成合金,而且銀原子層在熱處理的過程中並不擴散進入基底且都位於表面的最上層,更有趣的是我們發現在1 ML Ag/1 ML Ni/Pt(111) (ML:原子層)的樣品中經由高溫處理後形成有趣的(2×2)表面超結構,經由晶格常數計算、以及離子濺射實驗後,我們初步推斷最上層的銀原子以1/4的覆蓋率形成(2×2)超結構之後剩餘的3/4銀原子與最上層的1/4殘餘鎳原子形成Ag(75%)Ni(25%)的合金原子層,剩餘的則為鎳鉑合金層。 第三部分我們利用表面磁光科爾效應來探測鎳超薄膜在鉑(111)表面上的磁光性質。鎳超薄膜在諸多系統中都發現具有dead layer的磁性質,故當我們在磊晶過程中探測鎳薄膜的磁光訊號中發現,將近有7層覆蓋率的鎳原子在室溫裡是沒有磁性的,累積到將近24層的鎳原子測得之最大科爾旋轉角也只有0.02º,並且在熱處理的實驗當中,我們發現膜厚與系統的居禮溫度有很大的關連性,甚至極有可能低於室溫。 此外,當磁性超薄膜鎳/鉑(111)表面間加進鈷原子層後,初步發現鎳原子會有初期升溫的過程中先與鈷原子在鉑表面上混合,高溫時再擴散進入鉑基底的特性。經由深度分析的實驗,雖然證明了鎳鈷原子都會與鉑形成合金,但是我們發現鎳原子卻擴散的比鈷原子更為深層。1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)樣品在垂直磁光效應的測量中,也同樣發現在鎳鈷原子混合時磁光訊號有微量的增加,然而之後主要的磁光訊號大增主因來自於鈷鉑形成合金所致,科爾旋轉角在高溫回火後增加為原先的兩倍之多,當我們對於1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面進一步的研究中發現,系統的居禮溫度隨著鎳鉑原子在表面的相對組成而有強烈的變化,而且接近甚至低於室溫,在表面化學組成計算後可以初步推論,若鉑原子含量在表面層愈多、鎳原子愈少的狀況下,系統的居禮溫度就愈低。結果發現,1 ML Ni/1 ML Co-Pt 合金表面樣品在經由830 K高溫回火後所測得之系統居禮溫度為275 K,此時所對應的表面化學組成為Pt(69%)Co(29%)Ni(2%)合金層。 最後,鏡射系統1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的磁光訊號測量也發現許多有趣且不同於1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的物理現象,在升溫的過程當中發現,特定的溫度範圍對於兩種系統有著截然不同的行為,我們發現在600 K到725 K的磁光訊號變化中對於Ni/Co/Pt薄膜有一極大值,然而對於Co/Ni/Pt薄膜卻發現有一極小值。此外,Co/Ni/Pt薄膜發現具有比Ni/Co/Pt薄膜更大的的矯頑磁場,我們初步認為這些有趣的物理現象來自於表面鎳鈷鉑原子的相對組成,以及許多特定穩定合金結構的形成,所以當我們又利用紫外光電子能譜來觀看這兩種磁性超薄膜系統經過高溫熱處理後時,我們可以確定表面原子態大多來自於鉑原子,換句話說,高含量的表面鉑原子是促成系統具有相當低的居禮溫度的主因。