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Item 三維鐵磁性帕茲模型的相變現象(2019) 朱文萍; Zhu,Wen-Ping本次研究主要探討了三維的帕茲模型 (Potts model) 的相變現象。我們使用了蒙地卡羅的方法，搭配 Wolff 演算法製造出不同溫度下的自旋組態，並且透過傳統方法中的能量圖和類神經網絡中的多層感知器和卷積神經網絡的計算來分析是否有產生相變現象。而在類神經網絡的部分，使用了低溫中的基態當作是訓練集，藉由最後的向量輸出y的長度|R|來判別臨界溫度Tc附近是否有發生相變現象。此種做法比起其它相關的類神經網絡在凝態物理的文獻中所使用的訓練 集，來得更有效率，並且也可以達到和已知文獻上相同的結果。Item Item 鐵/銥應變能與銀/石墨烯/鈷/銥異向能探討與磁性研究(2019) 謝振源; Hsieh, Chen-Yuan本論文包含兩個研究系統，一個是鐵/銥(111)系統，另一個是銀/石墨烯 /鈷/銥(111)系統。在鐵/銥系統研究中，根據磁光柯爾效應儀量測的結果， 當鐵薄膜厚度為三個原子層時，系統呈現非鐵磁性的行為，當鐵薄膜厚度 大於三個原子層後，磁光柯爾效應儀才量測到磁滯現象，並且磁化強度會 隨著薄膜厚度增加而呈線性增加。搭配低能量電子繞射儀的實驗結果，鐵 薄膜厚度在三個原子層以內時，繞射亮點的圖形是1 × 1結構，代表此時鐵 薄膜為面心立方結構，而隨著鐵薄膜厚度大於三個原子層時，在原來繞射 亮點的附近出現衛星亮點，這樣的結構是 Kurdjumov-Sachs 組織，即體心 立方(110)與面心立方(111)重疊的結構。由於結構上有所變化，而這變化在 一般情況下會是一個連續變化，所以系統結構會有一定的伸張或收縮，故 利用應變能計算做為理論模型，發現當系統累積的應變能大於鐵的面心立 方結構之表面自由能時，鐵薄膜無法再繼續成長面心立方結構，此時結構 的成長會變回塊材應有的體心立方結構。 在銀/石墨烯/鈷/銥系統研究中，利用歐傑電子能譜儀量測各層的歐傑 訊號，繪製出不同結構對歐傑訊號圖，來判斷銀和石墨烯經由熱退火後會 移到鈷薄膜的上方。而由於電子在移動的時候會因為非彈性碰撞有所影響， 故利用歐傑電子能譜儀量測到的鈷歐傑訊號做模擬，發現鈷薄膜到七個原 子層都還是層狀結構，因為石墨烯與非磁性覆蓋層接觸會改變異向能，故 利用磁光柯爾效應儀量測系統磁性，發現鈷薄膜的垂直磁化層厚度增加， 並利用異向能計算公式發現介面異向能從沒有銀的 1.59 mJ/m2 提升為 3.12 mJ/m2。希望從異向能提升來推測整個系統是具備 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction，故將利用計算出的異向能數值帶入出 Dzyaloshinskii−Moriya interaction 造成的局部反向場的方程式進行計算，在計算的過程中得到上 下 介 面 的 Dzyaloshinskii−Moriya 密度值 ， 建 構 出 不 同 厚 度 下 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction 造成的局部反向場的數值變化。 期望能藉由各項數值計算來量化不同情況下的系統並搭配實驗結果來推演 至其它系統上，且提供預期系統會有何種物理現象的一個計算管道。在結構出 現應變的系統上，利用應變能計算將結構轉變的厚度計算出來，在磁性系 統中，利用異向能計算得出垂直磁化層數，並搭配 DMI 計算，將系統磁性 要考慮的因素納入，完善磁性薄膜的理論計算。Item 三維二聚體化自旋二分之一量子反鐵磁之倪耳溫度與交錯磁化密度的普適性比尺關係(2019) 譚登瑞; Tan, Deng-Ruei本論文使用蒙地卡羅模擬對三維二聚體化自旋 1/2 反鐵磁海森堡模型做研究計算，其中使用非常有效率的隨機數列展開演算法，並且從適當的物理量和分析方法來計算倪耳溫度 $T_N$、交錯磁化密度 $M_s$ 和 $T^{\star}$。在不同的非無序的三維二聚體化自旋 1/2 海森堡模型中，先前文獻上的理論計算發現了 $T_N$ 和基態的 $M_s$ 存在著 3 個普適性比尺關係，有些也和 $\textrm{TlCuCl}_3$ 的實驗結果相符。這篇論文研究已發現的普適性比尺關係在無序模型上是否成立，並且考慮其他不同的非無序二聚體化海森堡模型。我們的計算結果不但確認普適性比尺關係在無序系統依然成立，還發現其中 2 個普適性比尺關係可以根據晶格點上的自旋與周圍自旋有較強自旋耦合的總數來做分類。Item 因奈米級侷限水膜誘發電洞摻雜的單層石墨烯於二氧化矽基板表面的奈米級摩擦力學之特性(2019) 朱恩德; Chu, En-De我們研究了因奈米級侷限水膜誘發電洞摻雜的單層石墨烯於二氧化矽基板表面的奈米級摩擦力學性質。我們利用原子力顯微鏡量測電洞摻雜的表面電位以及表面摩擦大小時，並且在表面電位圖與摩擦訊號圖觀察到因奈米級水膜存在而形成的多邊形區域，而且多邊形區域比其四周區域擁有較高的表面電位以及較大的摩擦訊號。存在於單層石墨烯與二氧化矽基板間的的奈米級水膜會使單層石墨烯的電洞摻雜效應，因而產生帶正電且親水性的表面。而親水性的表面則有利於大氣中水分子吸附。因此，當我們在量測摩擦力過程時，針尖與單層石墨烯表面間有奈米級毛細水橋的形成，導致表面的摩擦力與表面吸附力的增加。此外，由於不同表面的濕潤性質，我們分別在多邊形區域內外發現摩擦力對速率關係呈現正相關與負相關。未來，我們若是能調控單層石墨烯與粗糙二氧化矽基板之間奈米級水膜的數量或是液體分子的極性，則可進一步操控單層石墨烯表面摩擦特性。我們的實驗結果將可能應用於微奈米機電系統中的元件中。Item 電極與 NbSe2 機械振盪器的交互作用(2019) 李冠霆; Li, Guan-Ting本文將介紹如何使用電極控制機械振盪器 (mechanical oscillator)，並且介紹機械振盪器的製程。我們是使用一種過渡金屬二硫族的化合物 (transition metal dichalcogenides , TMDs) 二硒化鈮 (Niobium Diselenide , NbSe2) 作為機械振盪器的主體，我們可以利用二維的 NbSe_2 來提供機械振盪器所需要的鼓膜性質，並觀察電壓源對於薄膜的改變與控制，於實驗上我們可以藉由交流電頻率的改變找出薄膜的本徵頻率，也可以使用直流電壓源的改變控制本徵頻率展生變化。 晶片製程方面則由Design CAD設計，並利用電子束微影與熱蒸鍍製作電路與光阻空腔，機械振盪器所需之晶片電路，在材料方面經由聚二甲基矽氧烷 (Polydimethylsiloxane , PDMS) 作為媒介，使用機械剝離法剝離出二維的 NbSe2，並用乾式轉印法將 NbSe2轉印到晶片上。並透過電性量測來得知樣品在電晶體上保持良好的特性，最後使用共軛焦雷射掃描顯微鏡與向量網路分析儀觀測其 鼓膜振盪之本徵頻率與共振頻率，並用Comsol做為理論模擬，印證實驗結果。Item 轉錄對於大腸桿菌內多套數質體聚集行為的影響(2019) 葉懷澤; Ye, Huai-Ze多套數的質體在大腸桿菌內並非隨機分佈於整個細胞，而在特定位置存在著 群集(聚類)。根據先前研究，其聚類原因可能來自轉錄造成。我們以單分子追蹤 與影像分析來觀察質體聚類行為，在單分子追蹤實驗，藉由螢光顏色區分，在質 體群集中限定一螢光標記質體為單一質體，並觀察單一質體的動態行為。我們使 用多套數質體 ColE1 的衍生質體 pBR322 做為實驗對象，並設計兩組具有相同複 製起點，但不同螢光抑制操作系統(Fluorescent repressor operator system)標記的質 體，並將兩種不同的質體植入到 BW25113。且使用抑制操作配對(PhlF-PphlF)作為 RNAII 的調控，以達到複製質體數量控管;另外，為了抑制轉錄行為，我們亦使 用了抑制操作配對(QacR-PqacR)作為抗藥性基因轉錄行為調控的手段。總而言之， 我們的研究表明多套數質體的確會受到轉錄行為抑制而導致聚類行為減弱甚至 消失。Item 溫度與氧壓對氧化鋅摻雜釓的光學性質與磁性影響(2019) 姚壬茨; Yao, Ren-Ci本論文利用脈衝雷射蒸鍍法(PLD)在c方向的單晶藍寶石基板上製備150 nm厚的氧化鋅(ZnO)與氧化釓鋅(ZnGdO)，並探討薄膜鍍膜速率、薄膜的結構特性、光學性質及磁性的和基板溫度、鍍膜氧壓關係。薄膜的製備條件PLD單位面積雷射能量為2.5 J/cm2，鍍膜氧壓分別為3×10-1 mbar與3×10-2 mbar，釓的摻雜比例為5 at.%，鍍膜溫度為室溫到750 ℃。 X光繞射及拉曼散射光譜顯示薄膜並沒有雜質或其他晶相產生，表示釓成功的取代氧化鋅。鍍膜溫度在750℃時，薄膜結晶品質最好，其中氧化鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓為3×10-1 mbar，氧化釓鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓則為3×10-2mbar。在最佳鍍膜條件下，氧化鋅和氧化釓鋅薄膜的晶粒大小分別為31.82 nm、16.87 nm；拉曼光譜也出現E2L-B1H特徵峰。 螢光光譜顯示氧化鋅與氧化釓鋅薄膜皆可觀察到近能隙發光，而氧化鋅薄膜主要來自鋅間隙、鋅空闕的缺陷發光；氧化釓鋅主要來自鋅間隙、鋅空缺和氧空缺的缺陷發光。超導量子干涉磁量儀測量結果顯示氧化鋅薄膜與氧化釓鋅皆為順磁性，飽和磁矩隨著鍍膜溫度下降而上升，有摻雜釓的氧化鋅的磁矩較氧化鋅高。飽和磁矩的來源除了摻雜的釓原子，還包含薄膜中的缺陷，但這些缺陷並沒有辦法增強耦合交互作用，因此雖然摻雜5 %的釓仍為順磁性，沒有變成鐵磁性。Item 以第一原理計算研究鍶與碳族元素為基底的雙鈣鈦礦中的半金屬材料(2013) 劉雲平; Yun-Ping Liu在這篇論文中，我們以鍶基底的雙鈣鈦(Sr-based Double Perovskites)結構，以第一原理計算找尋可能存在的半金屬。在Sr2BB′O6中(B,B’=過渡金屬)找到三個系列的半金屬組合，另外也A2Fe(Cr)MO6 (A=IVA族元素, M=Mo, Re and W)找到半金屬的一系列候選材料。我們使用的計算程式為VASP根據密度泛函(DFT)理論來計算材料的結構最佳化，從最初的四種磁相態出發：鐵磁(FM)、亞鐵磁(FiM)、反鐵磁(AFM)與無磁性(NM)，其中使用廣義梯度近似(GGA)以及考慮庫倫排斥效應(GGA+U)。 在第一章中，我們簡單介紹磁性半金屬過去的研究發展，以及我們找到那些可能的磁性磁半金屬候選者。 在第二章中，我們簡單介紹相關的理論及計算方法，包括Born-Oppenheimer 近似、密度泛函理論(DFT)。其中包括Hohangberg-Kohn理論、Kohn-Sham方程式 、交換關連效應、侷域密度近似(LDA)與廣義梯度近似(GGA)。使用的計算程式為VASP，其使用擴增平面波方式來計算。並且最後介紹庫倫電子關聯效應(LDA/GGA+U)。 在第三章中，我們簡單介紹磁性半金屬的特性，並且對過去十幾年來關於磁性半金屬材料的研究發展做一些簡介。並且詳細介紹雙鈣鈦結構以及初始的四種磁相態。最後，我們介紹整個研究的計算流程與計算的設定參數以及造成半金屬的重要物理機制-雙交換作用(double exchange)。 在第四章中，將會詳細介紹在緦基底的雙鈣鈦結構(Sr2BB′O6, B,B’=過渡金屬)中，我們找尋到三個系列的半金屬候選人，此分類的方式是根據BB′離子在週期表上分部的組合。第一系列為：Sr2Cr(Co)B′O6 (B′=Sc, Y, La, Ti, Zr 與Hf) 以及 Sr2V(Fe)B′O6 (B′= Zr 與Hf)。在第一系列中最有可能成為半金屬的為Sr2CrScO6、Sr2CrLaO6、Sr2CrTiO6、Sr2VZrO6以及Sr2VHfO6這些材料。第二系列為Sr2BB′O6 (B = Co, Cu 與Ni; B′ = Mo, W, Tc 與Re)，最有可能成為半金屬的是Sr2FeTcO6、Sr2CoWO6 與 Sr2NiTcO6。第三系列為Sr2ZnBO6 (B=Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Ni, Pd 與Au)，其中Sr2ZnMnO6與Sr2ZnPdO6是半金屬材料的最佳選擇。整體的篩選是建構在比較不同磁相態的能量，並且同時在GGA與GGA+U兩種不同的情況皆為穩定才能脫穎而出。 在第五章中，我們基於Sr2FeMoO6可以將緦(Sr)置換為IVA族元素的想法，來發展出A2Fe(Cr)MO6(A=IVA族元素, M=Mo, Re 與W)的半金屬系列材料。這樣的想法是基於IIA(s2)族元素與IVA(p2)的外層價電子非常相似的緣故。結果顯示在A為錫(Sn)與鉛(Pb)是較為穩定並且較有可能被合成的半金屬候選材料。 最後，我們總結所有理論預測結果並且重述造成半金屬的物理機制。 我們希望這篇論文可以在尋找半金屬材料方面的研究提供一些有用的訊息，希望對於未來合成半金屬材料的實驗能有所幫助。Item 穿隧掃描顯微鏡與場離子顯微鏡研究 納米結構的自組裝機制與控制方法(2014) 林榮君; Rung-Jiun Lin自組裝是透過物件自身的交互作用力組合成元件的機制，並且自組裝結構是一種最低能量也最穩定的結果。當機械或電子設備的漸漸小型化而使得製造也將越來越費工耗時，因此物件的自組裝是一種經濟而有效的方式。 在這篇論文中，介紹了三個關於自組裝的研究。第一部分是以穿隧掃描顯微鏡(STM)研究Co-TPP分子自組裝在不同鍍量(1 ~ 1.3 ML)的矽(111)表面。我們發現透過調整鉛的鋪附量可以改變分子的自組裝結構：第一種自組裝結構是分子會以三種不同的結構(鞍型，平面型的和異平面型)表現形成各自的結構域在 √7 × √3的Pb/Si (111)基底結構上。這結構中我們還可以發現平面型和異平面型的Co-TPP分子形貌會隨溫度相變。第二種自組裝結構是鞍型與平面型的Co-TPP分子會形成交錯排列成有週期性且更為緊密的結構在「線條狀不相稱相(SIC)」的Pb/Si(111)基底結構上。這樣的轉換機制來自於Co-TPP的鈷原子和Pb/Si(111)襯底的相互作用。 表面的皺化與失蹤原子列的產生，都是為了得到最低的表面自由能而去改變表面的形貌。所以第二部分是研究鉬單原子針的自組裝。我們利用場離子顯微鏡觀察純鉬針與鈀，鉑，銠，銥鋪附鉬針經退火後的皺化結果。金字塔形單原子針已於形成鈀，鉑，銠鉬覆鉬針。會有兩種類型的金字塔結構形成，分別為1、3、10或1、6、15的結構。然而，純鉬和銥附鉬針因為表面能異向性差異不足以及銥容易退吸附及與鉬合金而無法形成單原子針。 最後我們同樣利用場離子顯微鏡研究鉑1 × 2的失蹤原子列重構在鉑(110)和鉑(331)的表面。對於鉑(110)面, 經退火到450K發現從1 × 1過渡到1 × 2結構是以跳躍或下行的原子運動產生。對於鉑(331)而言類似的轉變發生在加熱至600K，特別的是形成上兩層都為1 × 2結構的鋸齒模型。我們提出一種新的結構模型解釋鉑(331) - (1×2)重構。 關鍵字：掃描穿隧顯微鏡，場離子顯微鏡，自組裝行為，四苯基鈷卟啉，單原子針，失蹤原子列。