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Item 稀土鐵石榴石與鈣鈦礦奈米材料之結構、磁性和應用(2023) 劉仕渝; Liu, Shi-Yu鈣鈦礦和稀土石榴(REIG)薄膜具有優異的光學和磁光特性。因此，將這兩種材料結合在一起可以創造出具有可調控光學和磁性性能的異質結構，並應用於光學通信、光學記憶和磁光元件等領域。在本研究中，我們將深入探討鈣鈦礦和REIG薄膜各自的潛在價值。近年來，一些研究表明使用稀土元素(RE)元素代替釔(Y)來調節石榴石薄膜的應變誘導磁異向性。REIG薄膜(~100 nm)藉由脈衝雷射沉積法製備於(111)取向的釔鋁石榴石(YAG)基板上。釤、钬和釔鐵石榴石(SmIG, HoIG, and YIG)具有垂直於膜面的壓縮應變，而鉺和铥鐵石榴石(ErIG and TmIG)具有弱的拉伸應變。由於負磁致伸縮常數，因此SmIG和HoIG薄膜表現出相對強的垂直磁異向性(PMA)。隨著技術的發展，對高存儲容量和快訪問速度的需求不斷增加。因此我們選擇對擁有相對強PMA的SmIG薄膜進一步研究。藉由降低SmIG薄膜厚度，可使其具有更強的壓縮應變，進而獲得更強的PMA。相比之下，YIG在30-120奈米區間仍展現水平磁異向性(IMA)。這一發現表明磁性能受Y:Sm比的顯著影響。隨後，我們製備了一系列不同厚度、Sm摻雜濃度的SmYIG薄膜。振動樣品磁力計揭露隨著厚度的遞減和Sm摻雜濃度的增加，可使SmYIG薄膜具有較強的PMA。此外，我們展示了在不同Sm摻雜濃度下，SmYIG薄膜的臨界厚度。為基於REIG薄膜的高密度磁信息存儲鋪平道路。YIG與反鐵磁材料的結合因其在自旋泵等應用中的潛力而備受關注。因此，我們於YIG薄膜上沉積氧化鈷(CoOx)薄膜以研究介面效應。由於CoOx薄膜於高溫缺氧環境下製備，所以其表面區域由純CoO組成，界面區域則為CoO和Co的混合物。CoOx/YIG薄膜不僅表現出低溫下由CoO提供的磁耦合，還表現出由鐵磁Co提供室溫負交換偏置(RT-NEB)。與CoOx/YIG薄膜相比，我們於YIG薄膜上製造了進一步氧化的CoO薄膜，並觀察到室溫正交換偏置(RT-PEB)。RT-PEB隨著外加磁化場增加而增加，並在外加磁化場為500 Oe時飽和。隨著溫度降低，PEB 逐漸轉變為 NEB。這些結果清楚地表明 CoO/YIG 雙層系統中PEB和NEB共存，而PEB歸因於CoO界面自旋的反平行耦合，而NEB歸因於AFM-FM耦合。有機-無機鈣鈦礦(MAPbBr3)/鐵磁異質結構在光控自旋電子元件中已被廣泛探討。然而使用金屬鐵磁層作為底部電極仍然是一個挑戰。因此，我們提出插入氧化鋁(AlOx)或石墨烯(Gr)層的超薄異質界面來改善均勻性。通過原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡，我們觀察到MAPbBr3層成功地形成了緻密的連續薄膜。此外，AlO¬x或Gr層的存在可以有效地防止鈣鈦礦和鐵磁金屬薄膜之間的氧化和界面擴散。然而，MAPbBr3層在環境下很容易受溫度、濕度、氧氣濃度影響而分解。因此，我們製備了全無機銫鉛溴化物鈣鈦礦量子點(CsPbBr3 QDs)來替代鐵磁層上方的 MAPbBr3，並研究了藍光雷射對磁性的影響。隨著雷射照射時間的增加，CsPbBr3 QDs的表面形貌和特徵尺寸發生了顯著變化並逐漸演變，引發了一系列氧化還原和界面擴散過程，特別是在 CsPbBr3 QDs/Co異質結構的界面處。這些結果開啟了鈣鈦礦/鐵磁異質結構在自旋電子學應用研究。Item 氫氣影響鐵鈀合金與鎂基多層膜的磁性以及結構變化(2023) 廖黎杰; Liaw, Li-Jie氫化效應對磁性材料的影響已被廣泛研究，目前已知的熱門儲氫材料中以可在室溫且低氫氣分壓儲氫的鈀(Pd)為主，其高氫敏感性適合觸發材料中的磁性變化。本篇論文以第一部分著重在鎂(Mg)基儲氫材料，其儲氫能力是自身體積4倍最受矚目，然而Mg塊材需要高溫高壓的氫氣環境才能吸收氫氣並且儲存。通過鈀覆蓋層的催化作用，氫分子的裂解在催化過程中有效發生，促進氫原子擴散到底層的純鎂。該過程已被實驗證實在室溫、1 bar的氫氣壓力下發生。Pd/鈷(Co)/Mg多層膜的磁光柯爾效應(MOKE)在真空和1 bar氫氣壓力下測量以進行比較。氫化效應不可逆地將矯頑力(Hc)從25 Oe提高到大約200 Oe。在使用原子力顯微鏡(AFM)量測表面形貌下，氫化後的樣品表面粗糙度從0.1增加到6 nm，且通過 X 射線衍射(XRD)量測在室溫環境下形成穩定的MgH2相。此外，將具有高儲氫穩定性的Mg間隔層夾在Pd/Co/Mg/Fe多層結構中，以提高其儲氫穩定性並探索該結構的磁傳輸特性。透過平面磁場四點測量，磁阻率(MR ratio)的變化從0.22±0.01%增加到0.30±0.01%，這也表明MgH2增加了自旋散射概率和熱效應的穩定性。在我們研究的第二部分，我們重點關注了Pd的獨特性，特別是其高吸氫能力和可逆氫化行為，以及氫氣脫付的遲滯現象，這使其非常適合與氫相關的應用。為了解氫化對磁性的影響，我們的目的是探索氫化對磁異向性能的改變及其與FePd薄膜晶體結構的關係。我們採用X射線磁圓二色性(XMCD)來檢測氫吸收對FePd合金薄膜中Fe磁矩的影響，透過觀察到特徵峰的顯著變化，表明磁性行為發生了變化。值得注意的是，我們發現 FePd薄膜中的磁異向性可以通過吸氫和解吸過程可逆地旋轉無需外部磁場。這使我們能夠實現無磁場開關，這是磁控制領域的一個顯著進步。此外，我們的研究證實FePd薄膜的磁異向性主要受界面應變誘導的磁異向性能與傾斜沉積誘導的表面微結構之間的競爭，且通過橫截面透射電子顯微鏡(TEM)分析和檢查不同厚度的FePd異向能證實了這一觀察結果。總結來說，我們的研究為氫化對磁性薄膜磁性的影響提供了有價值的見解。這些發現證明了MgH2形成、自旋散射和Pd/Mg基多層膜的磁性之間的相關性。 FePd合金體系中磁異向性的可逆控制是通過吸氫和解吸實現。這項研究為自旋電子元件中氫遷移和存儲的控制提供了不同的見解，為磁性元件中的磁矩切換機制引入了新的自由度。Item Item Co/FePS3與Pd/Mg/[Fe/Pd]n異質結構的磁性與功能性(2023) Alltrin Dhana Raja Gopal; Alltrin Dhana Raja Gopal在本論文中，我們首先研究鐵磁/二維反鐵磁材料(Co/FePS3)異質結構的介面磁耦合，這對於未來在自旋電子元件應用中至關重要。原子力顯微鏡揭露機械剝離法製備的FePS3薄膜表面存在約單層的缺陷。隨著Co層均勻地覆蓋於FePS3層，其表面粗糙度降至~ ±0.5 奈米。在磁特性方面，Pd/Co/FePS3異質結構表現出水平磁各向同性，並且當溫度從~85 K升高到~110-120 K時，磁矯頑力急劇降低<50%，這與FePS3的尼爾溫度相似。因此，該結果支持Co和 FePS3 薄膜之間界面磁耦合的想法。隨後，即使在高達 473 K的退火後，Co和 FePS3 薄膜之間的磁耦合仍然有效。此外，X射線磁圓二色性證實了沿平行於Co薄膜磁化的方向存在非補償Fe磁矩。淨Fe磁矩應該在調控水平異向性的Co薄膜和垂直異向性的FePS3層之間的磁耦合中發揮重要作用。 在接下來的研究中，我們探討氫氣對Mg/[Fe/Pd]x/Pd和[Fe/Pd]x/Pd多層薄膜的磁性響應。我們製備了不同Fe層厚度(0.1, 0.2, 0.4 nm)和不同週期的Fe/Pd多層薄膜，並利用磁光柯爾效應在大氣和氫氣環境下觀測樣品的磁特性。實驗結果顯示Fe/Pd多層膜在大氣和真空中表現出相同的磁特性。然而當樣品暴露於1巴的氫氣後磁矯頑力迅速下降，且在氫氣環境中保持穩定。即使樣品離開氫氣環境，此氫化效應仍可維持長達約1個小時，並且該效應對磁特性的影響是可逆的。此外，在真空和氫氣環境下皆可觀測到清晰的磁域翻轉影像，與磁滯曲線的變化相呼應。緊接著，我們使用氬氣對Mg/[Fe/Pd ]x/Pd多層膜表面轟擊，以產生微小的缺陷，使得薄膜相對於原始狀態具有更強的磁性響應。Item Item Item 鐵磁性材料與二維材料之異質結構分析： 結構，磁性和特性操控(2023) 廖澤銘; Liu, Chak-Ming在二維材料體系中，獨特的特性和穩定的單層對稱結構具有發展令人興奮的物理的巨大潛力。此研究專注於製造 2D/2D 或 2D/鐵磁材料所組合的異質結構，並分析各種測量結果以研究幾個關鍵因素，包括擴散和插層現象、界面交互作用、以及涉及電子注入的化學吸附和物理吸附過程。在石墨烯(Gr)/CoPd系統中，Gr的覆蓋可以保護 CoPd 層免受氧化和層間擴散。如果沒有Gr，當暴露在大氣環境中 64 天時，表面粗糙度會增加，克爾強度百分比會降低。這表明未受保護的 CoPd 層隨著時間氧化和克爾強度退化。另一方面，當Gr存在時，形態和克爾強度保持穩定，保持CoPd的初始狀態。Gr充當保護屏障，防止氧氣和其他可能導致 CoPd 層氧化和降解的物質擴散。高溫成長的CoPd在 MoS2 上的沉積方法產生了均勻且平坦的二維層，如AFM 圖像中所觀察到的。CoPd 層的形態顯著影響 MAE，其中 CoPd/MoS2 的不同方位角方向表現出不同的磁異向能(MAE)。克爾圖像和磁滯迴線測量表明，改變 CoPd 層中 Co 和 Pd 的百分比組成（例如 Co 50%和35%）會導致 MoS2 的不同方位角方向都有其獨立的 MAE。 這表明MoS2的磁性能和優選磁化方向可以通過設計CoPd層的成分來控制。採用接觸力AFM技術可以去除PMMA殘留物，減小層間距離，剝離Gr層。通過施加110 nN的接觸力，樣品的粗糙度降低，並且可以觀察到Gr層中的皺紋。然而，由於剝離過程中引入缺陷，樣品的 PL 強度也會降低。當接觸力增加到 220 nN 以上時，結構損傷變得更加明顯，從輕微且不連續的薄片到 Gr 層完全剝落，使 MoS2 表面暴露。接觸力的作用對於確定剝落程度和最終的表面形態至關重要。此外，我們亦探討了在 Pt 尖端上施加正偏壓或負偏壓以及摩擦 Gr/MoS2 表面的影響，導致異質結構發生物理和化學變化，稱為掃描探針蝕刻。 該過程可以誘導MoS2從2H到1T相的相變或導致Mo-O鍵的形成。除了機械磨損之外，樣品和鉑尖端之間的水橋中還會發生電化學反應。產生的內部電場可以促進水分子的分離並誘導HER或OER。 這會導致 MoS2 結構的扭曲或氧鍵的形成。SPL處理後，D和G拉曼峰強度的比值（I(D)/I(G)）和I(G)/I(2D)比值可以洞察Gr結構的變化，包括空位濃度、結構連續性和晶格應變。MoS2 的 PL 特性表現出半導體行為改變。透過以上多個二維異質結構的研究，更多的功能性及操控有機會應用在未來的二維元件之中。Item JQ3模型在二維正方晶格及蜂巢晶格上之有限溫度的量子臨界性(2022) 黃崚瑋; Huang, Leng-Wei我們在有限溫度的二維反鐵磁量子海森堡JQ3模型下，設定J鍵、Q鍵兩種晶格鍵結交互作用，利用第一原理蒙地卡羅模擬，在Q鍵強度與J鍵強度比值Ｑ/Ｊ為臨界狀態(Ｑ/Ｊ)_c及不同的系統溫度之下，計算系統各物理量，以得到系統普適常數(S(π,π))/(χ_s T) 、 (χ_u c^2)/T 、 (ρ_s L)/c對系統溫度T倒數(β)的變化，以此探討當物理系統從Néel 相變至 Valence-bond solid的物理性質。我們所研究的JQ3模型共有三種，其中兩種：正方晶格平行Q鍵模型及蜂巢Q鍵模型在文獻中屬於二階相變，另一種正方晶格斜排Q鍵屬於一階相變。從前兩種模型的模擬結果，我們得到相當足夠且與過去文獻一致的證俱，並且可支持該兩種模型的相變為連續性相變，另外對比這三種模型的結果，我們也得到可提供當JQ3模型物理系統在臨界相變時，系統屬於一階相變或二階相變的判斷標準。本論文部分章節已發表於 Chinese Journal of Physics 77 (2022) 1598–1609.Item 二硒化錸表面鍍鐵原子致形貌及電性變化(2023) 黃宇濤; Huang, Yu-Tao二硒化錸(ReSe2)為過渡金屬二硫族化物(TMDs)的一員，過往的研究顯示TMDs材料不可避免地會有原子級的缺陷產生，於是近期大家更關注於缺陷工程(Defect Engineering)上，試圖刻意控制缺陷的產生，來達到符合我們所需的材料特性。本實驗室透過超高真空系統的建立，確保欲研究的材料表面不受其他雜質吸附，並使用掃描式穿隧顯微鏡(Scanning tunneling microscope, STM)及掃描穿隧能譜 (Scanning tunneling spectroscopy, STS)進行原子級的表面與缺陷量測。我們利用機械剝離法並搭配使用電子束蒸鍍槍，觀察二硒化錸原始表面特徵、晶格結構、機械剝離後表面缺陷及鐵原子在其表面的缺陷樣式，並量測表面態電子特性，來分析表面缺陷型態和區域大小，對材料的物理特性所造成的影響。其中更發現在表面鍍鐵原子會使電性有類似於非揮發性電阻開關(Non-volatile resistive switching)，又稱作憶阻器效應(memristor effect)的現象，顯示了鐵原子在二硒化錸表面有可能因電壓的變換而影響整體排列結構的可能。Item 利用柱面共振腔產生及操控多重偏振雷射光源(2023) 曾文山; Zeng, Wun-Shan近年來量子糾纏以及量子通訊越來越重要，去年的諾貝爾物理獎也頒給了相關的主題，為了實現光學量子糾纏，一次產生多光源且具有偏振依賴相關性 (correlation) 的現象是很重要的。因此，本工作以共振腔產生多重雷射源，除了探討多個雷射源的偏振關聯性之外，這些雷射源的模態及偏振目前都能有效且穩定的被操縱。我們以柱面鏡組成凹平共振腔，並以雙折射晶體c-cut Nd:YVO_4 為增益介質，產生多重偏振雷射源，如Hermite-Gaussian (HG) 模態以及簡併態。由於使用雙折射晶體，共振腔可以產生較為豐富的偏振組態，調控離軸可使HG 模態的階數增加，其偏振皆保持線性偏振，且會隨著階數增加而有規律的變化。給予相同量值的正負離軸會得到一樣的HG 模態，但是線性偏振方向會相差90度。當離軸程度更大時，所產生的高階模態中央的部分維持線性偏振，外圍則觀察到橢圓偏振狀態，這是來自於發散角變大，雙折射現象引發的相位差所致。在特殊腔長下雷射模態會形成簡併態，為多個能量相同的HG 模態疊加而成，其腔內軌跡可以古典幾何光學解釋。隨著離軸增加，模態會向外伸展，垂直輸出的光源保持線性偏振。而具有相同發散角但朝著不同方向輸出的光源，偏振態從線性偏振變為橢圓偏振，當發散角夠大時，又會變回線性偏振。並且稍微增加腔長時會使所有偏振態具有幾乎90度的偏轉。若把簡併態的偏振結果繪製於龐加萊球 (Poincaré sphere) 上可發現，具有相同發散角但不同輸出方向的光源的偏振，會位於南北半球的相對位置上，這個多重雷射的偏振在龐加萊球上的現象非常相似於在布洛赫球 (Bloch sphere) 的兩個糾纏量子位元 (qubits)。因此，使用共振腔產生具有特殊偏振關聯的多重偏振雷射在光學量子糾纏的工作裡具有一定的潛力與應用。Item Biomimicry of Human Pattern Recognition by Puzzle Solving Simulation(2023) Syifa Fauzia; Fauzia, SyifanoneItem 鎳鐵合金/釓雙層結構之自旋轉矩鐵磁共振(2023) 陳可桀; Chen, Ke-Jie稀土金屬釓(Gadolinium, Gd)的目前被認為具有強自旋軌道耦合(Spin orbital coupling, SOC)是具有自旋流(Spin current)現象的材料，且在低 於室溫的居里溫度，會從順磁性轉變到鐵磁性。因此本研究利用電子束蒸 鍍製作了鎳鐵合金(Ni80Fe20, Permalloy, Py)及釓(Gadolinium, Gd)雙層 結構，並觀測自旋轉矩鐵磁共振(Spin-torque ferromagnetic resonance, ST- FMR)現象來探討自旋流造成的自旋軌道轉矩(Spin orbit torque, SOT)貢 獻，最終透過分析找出代表 Gd 自旋-電荷的轉換效率(Spin-charge conversion efficiency)的自旋霍爾角(Spin Hall angle, 𝜃SH)。接著也將此雙層結構在低溫中進行變溫 ST-FMR 測量，並藉由分析飽 和磁化強度(Saturationmagnetization, 𝑀S)及𝜃SH探討低溫下對於溫度的依 賴性並觀察在 Gd 臨界溫度下的磁性相變的影響。此外在 80K 以下 ST-FMR 數據出現一些變化，對於 SOT 及𝜃SH有顯著的影響，我們認為在 ST-FMR 的訊號中有可能混入了不同的貢獻，並在低於 80K 時急遽的增強。Item 二維鹵化物鈣鈦礦薄片的製備與特性(2023) 霍謙; Huo, Chien本次研究我們採用溶液法，先使用水作為溶劑配置Pb(Ac)_2溶液作為前驅物，使用冰箱控制溫度並搭配旋轉塗佈機，成功在二氧化矽基板上生成大量Pb(Ac)_2的薄片晶體，直徑大小多為6~7μm，厚度大部分為10nm左右。接著透過二步法，配置MAI與MABr溶液，將溶液旋塗在Pb(Ac)_2上得到MAPbI_3與MAPbBr_3的鈣鈦礦，接著我們進一步配置PEAI溶液，用旋塗法把溶液塗佈在先前製成的MAPbI_3鈣鈦礦上合成二維鈣鈦礦，使用XRD、Micro PL量測後得到與文獻對應的PL峰值與XRD圖譜，確認有成功將Pb(Ac)_2轉換成鈣鈦礦。在搭配液態氮做變溫量測時，會由於晶格扭曲的原因，溫度越低PL峰值越高，並且會出現紅移的現象，透過阿瑞尼士方程式，我們得到MAPbI_3的激子束縛能E_b=44.07meV，MAPbBr_3的激子束縛能E_b=94.45meV，(PEA)_2 PbI_4的激子束縛能E_b=54.63meV，可以看出鈣鈦礦結構的侷限程度增加會讓E_b增加。同樣透過二步法，我們將掌性長鏈分子R/S-MBABr旋塗在MAPbBr_3鈣鈦礦之上，並用Micro PL搭配左右旋光測試不同掌性的分子對旋光的選擇性，並使用Micro PL量測材料的圓偏振發光(CPL)，並算出兩者各自的發光不對稱因子g_lum，雖然不同片鈣鈦礦晶體所算出的g_lum並不穩定，但(R-MBA)_2 PbI_4所得到的g_lum均小於0，而(S-MBA)_2 PbI_4所得到的g_lum均大於0，意味著(R-MBA)_2 PbI_4的CPL以右旋光為主，(S-MBA)_2 PbI_4的CPL則是左旋光為主，證明透過二步法所製成的掌性鈣鈦礦具有作為旋光材料的潛力。Item 氫化效應對鈷鈀多層膜磁與電性之影響(2023) 謝濬澤; Hsieh, Chun-Tse垂直磁各向異性（PMA）薄膜因其卓越的熱穩定性和反轉穩定性備受超高密度數據存儲器件的關注。該薄膜能在高溫環境下維持其磁性，並在磁場反轉下保持穩定的磁性狀態。實驗採用Co/Pd多層膜來進行PMA薄膜研究，實驗中選擇電子束熱蒸鍍技術將Co/Pd多層沉積在Al2O3（0001）基板上。研究運用磁光克爾顯微鏡和異常霍爾效應（AHE），在不同氫氣壓力下產生的磁、電特性。實驗結果表明，鈷鈀多層膜在不同氫氣壓力下的電阻變化與矯頑場、方正率的變化相關，這主要歸因於薄膜中鈀元素與氫氣的相互作用。據此得出結論，鈷鈀多層膜適用於氫氣存在和濃度的檢測，有望在下一代氫氣傳感器和磁電元件中應用。同時，PMA薄膜的特殊性質使其成為關鍵的磁存儲技術元素，其在超高密度數據存儲器件中能維持穩定磁化狀態，為新一代磁存儲器件、傳感器等應用提供了潛在潛力。這些研成果為開發新型高性能磁電元件提供了重要選擇。Item 二維鈣鈦礦材料之光電性質及應用(2022) 李劻庭; Lee, Kuang Ting透過二步法先以溶液方式得到鈣鈦礦前驅物，接著以溶液及蒸汽方式轉換成鈣鈦礦並且對性質進行探究。我們對SnBr_2材料實驗平面、斜面以及旋塗等結晶方式，並為了改善其濃度嘗試利用混合溶劑，使得我們能夠得到較明顯的晶體，並在斜面法中得到較薄結晶。首先配置PbI_2 溶液搭配旋轉塗佈部機與熱風槍，實現在二氧化矽上能夠大量結晶出PbI_2單晶薄片，其厚度大多落於2nm至10nm之間，並在透過配置MAI溶液，將其旋塗至PbI_2 晶體上得到MAPbI_3之二維鈣鈦礦晶體。透過與過去文獻XRD特徵峰值對比能夠確認其二維鈣鈦礦身分，並且由PL圖譜能夠得知，由於量子侷限效應隨著厚度降低PL峰值會逐漸藍移，且隨著溫度的降低會產生紅移的特性。關鍵字：低維鈣鈦礦、碘化鉛、溴化亞錫Item 層狀二硫化鉬在渦旋光激發下的共振拉曼光譜(2023) 高意雯; Gao, Yi-Wun二硫化鉬是一種典型的過渡金屬二硫化物，具有敏感的光學性質。由一層鉬原子平面夾在兩層硫原子平面之間，形成單層二硫化鉬。藉由二硫化鉬的拉曼光譜，可以觀察到各峰值振動頻率的變化和位移趨勢。在這項研究中，我們使用空間光調制器（SLM），將入射光改變成具有軌道角動量（OAM）的狀態，並觀察633 nm（1.96 eV）的OAM光激發單層二硫化鉬共振拉曼光譜的變化，經由實驗結果發現隨著軌道角動量（ℓ）的增加，共振拉曼峰值會產生藍移的現象。除了對單層樣品進行照射，還測量了不同單層和雙層二硫化鉬樣品下的拉曼光譜變化，實驗結果顯示，僅在單層樣品中增加軌道角動量才會引起藍移現象。此外，也測量了不同光強度和低溫環境下的拉曼光譜，進一步確認拉曼藍移效應不受環境的熱效應影響。總結而言，在本文的後段中，證實了軌道角動量的提高會導致材料受到的壓縮力變大，使粒子的振動頻率增加，進而產生共振拉曼峰值的藍移現象，藉由實驗和理論的相互印證，更加確定光學軌道角動量對單層二硫化鉬拉曼藍移的物理機制。期待在未來能將光學軌道角動量應用於二維材料的檢測和開發中。Item 準二維與自旋選擇性鈣鈦礦之材料與元件特性研究(2022) 許謹安; Hsu, Chin-An本篇文章是以準二維（Quasi-2D）鈣鈦礦為目標的研究，涵蓋範圍包括有機–無機鈣鈦礦之特性與電子自旋選擇之旋光鈣鈦礦為主，其中也包括R-P相（Ruddlesden-Popper Phase）與D-J相（Dion-Jacobson Phase）鈣鈦礦的特性探討。在有機–無機鈣鈦礦的部分，本文選擇CsPbBr_xCl_(3-x)作為鈣鈦礦單位晶格的材料，並選擇有機長鏈4-F-PMABr（4-Fluoro-benzylammonium bromide）作為層狀結構間的連結，旨在利用鹵素的比例變換調變能隙與引入適當長鏈材料後所引發的量子侷限效應（Quantum Confinement Effect）而達成調配適當藍光的結果。在調配光色步驟完成後，透過引入「電洞傳輸層TFB（Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4′-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine)]）」、「電子阻擋層PVK（Poly(9-vinylcarbazole)）」以及「電子傳輸層TPBi（2,2′,2-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)）」以上幾種方式提升元件之量子效率，並以其他穩態性質的量測來分析材料之特性。而我們在這項研究中，成功的將外部量子效率（External Quantum Efficiency, EQE）提升到了4.208%。元件效率最佳化後，本文將熱活化延遲螢光發光材料（Thermally Activated Delayed Fluorescent,TADF）依照比例參入鈣鈦礦前驅液當中，並成功達成了單層混合光色的發光元件。至於在自旋選擇之旋光鈣鈦礦中，本文透過D-J相鈣鈦礦的特性並引入具有雙胺（diamine）之長鏈分子作為層狀結構間的連結。在本研究中，本文不同於以往選擇了具有不對稱性的雙胺基長鏈4-AMPBr_2（4-(Aminomethyl)piperidine bromide）以取代以往多具有對稱性的雙胺基長鏈，達成由結構不對稱所引發的自旋選擇與旋光特性，並藉由圓二色性光譜儀（Circular Dichroism Spectrophotometer , CD）與圓偏振螢光光譜儀（Circularly Polarized Luminescence Spectrophotometer , CPL）的量測探討其對於圓偏振光的吸收以及激發圓偏振之螢光分析。Item 低維度手性鈣鈦礦暨高分子之光學特性研究與分析(2022) 林恩綺; Lin, En-Chi本文研究三種材料：近年來鈣鈦礦著重研究的結構－準二維(Quasi-two-dimensional)下的Ruddlesden-Popper Perovskite(RPP)結構鈣鈦礦、日前逐漸引起關注的手性鈣鈦礦(chiral perovskites)，以及有機高分子材料。在準二維下的RP鈣鈦礦的研究中，本文選擇有機鹵化鈣鈦礦PEA2(FABr3)2PbBr4做研究，透過旋塗製程、熱退火製程形成鈣鈦礦薄膜並且使用蒸鍍製程實現發光二極體元件，其中以Quinhydrone(QH)的溶液來對鈣鈦礦薄膜進行表面鈍化的處理，並針對研究結果做討論。在手性鈣鈦礦的研究中本文透過旋塗製程、熱退火製程做出低維度(S-/R-MBA)2(Cs0.8MA0.2)n – 1PbnBr3n + 1的薄膜，並著重在= 2化學劑量下的基礎改變手性配體 S-/R-MBABr的比例。研究結果顯示可以透過一般化學劑量製作出純相= 1的薄膜，然 = 2結構則為 = 1以及= ∞ 組成，並未出現預期的純相= 2結構，因此分析其原因；並且在不依靠公認的化學劑量配方調配手性配體後，可以將圓二色光譜的gabs值可以高達~0.01(10-2等級)，可供日後製程研究上的參考。 有機高分子材料的研究中本文選用PTB7-Th (Poly{4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl]benzo[1,2-b:4,5-b']-dithiophene-2,6-diyl-alt-3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]-thieno[3,4-b]thiophene-4,6-diyl}),PM6(PBDB-T-2F)( Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c:4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)]),PM7(PBDB-T-2Cl)(Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-chloro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c:4’,5’-c’]dithiophene-4,8-dione)])的溶液作為研究對象，透過改變溶液溫度以及濃度進行光譜的量測探討其於H/J聚集型態下的激子離域現象，研究結果顯示透過調整溫度與濃度可獲得H/J聚集型態改變，並且也獲得了PTB7-Th, PM6, PM7的濃度分別為0.116 mg/ml, 0.115 mg/ml, 0.05 mg/ml時具有230 meV,184 meV,160 meV的戴維多夫分裂(davydov splitting)。Item 雷射照射下石墨烯/二硫化鉬與六方氮化硼/二硫化鉬雙層異質結構之穩定性(2023) 許聖郁; Hsu, Sheng-Yu本研究使用拉曼光譜及螢光光譜，研究了二硫化鉬和石墨烯/二硫化鉬和六方氮化硼/二硫化鉬等結構在不同雷射功率下的穩定性。結果顯示，在石墨烯/二硫化鉬和六方氮化硼/二硫化鉬等異質結構中，薄膜能夠隔絕大氣並增強二硫化鉬受雷射影響的穩定性。原子力顯微鏡表面形貌和拉曼光譜顯示，經過56 mW、30 mW雷射照射裸露的二硫化鉬後，二硫化鉬會凸起並發生結構變化，並且拉曼訊號在30分鐘後衰減至原本的10 %。結構變化的過程中，A1g和E2g兩個特徵峰會發生紅移，A1g的紅移是由氧化產生的p-dope所引起，而E2g則是由結構變化產生的應變所導致。對於石墨烯/二硫化鉬系統，我們觀察到不同的光譜特徵。在雷射照射過程中，拉曼特徵峰和光致螢光強度並沒有快速下降，這顯示結構變化現象被抑制。而對於六方氮化硼/二硫化鉬30 mW的實驗組中，觀察到拉曼特徵峰和光致螢光強度呈現先上升的趨勢，因此推測在略低於30 mW雷射的環境下，六方氮化硼/二硫化鉬能夠保持穩定。結果顯示石墨烯/二硫化鉬受雷射照射影響的穩定性最佳，六方氮化硼/二硫化鉬次之，未經覆蓋而裸露的二硫化鉬穩定性最差。Item 鋰氧氣電池之釕貴金屬催化反應機制(2023) 廖重皓; Liao, Chung-Hao近年來鋰氧氣電池之研究受到高度重視，因其具極高之能量密度，被視為新世代電動車能源。然而目前於實際應用上仍然存在許多挑戰，例如：過電位高、循環穩定性差、低充電速率，此些問題均與鋰氧氣電池放電產物Li2O2之差勁導電性、導離子性相關。目前研究中，普遍使用貴金屬釕Ru進行催化，並與多壁奈米碳管形成陰極複合材料(Ru/CNT)，使用Ru/CNT陰極具大表面積、高放電容量與較低過電位之特點。然而我們對於釕金屬之催化機制了解甚少，且相較於傳統鋰離子電池仍然存在過高之過電位與低循環性能。本研究藉由濺鍍技術控制局部性分布之釕金屬催化劑，探討貴金屬Ru之充電反應催化機制，並使用奈米X光繞射儀觀測Li2O2之分解與Ru之局部性分布關係。本研究顯示液態電池系統中Li2O2為均相分解，固態電池系統中Li2O2為異相分解，與Ru接觸之Li2O2先行被分解，表示電解液(TEGDME)參與Ru之催化作用，Ru催化效果與電解液之分解相關，其分解之可溶性副產物充當電子受體Acceptor或Redox Mediator (RM)，幫助絕緣之Li2O2傳導電子，藉此有效降低充電過電位，但同時也縮短電池之循環壽命。