物理學系
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Item 掃描穿隧顯微術探究鐵誘導三溴化鉻表面形貌及電子特性的影響(2023) 張元儒; Chang, Yuan-Ju三溴化鉻(CrBr3)是著名的磁性材料，雖然磁性特性已被研究許久，但相關的表面形態與電子特性尚未完備，是近期研究的新方向。因鉻原子帶有磁性，即使三溴化鉻限縮成二維尺度仍具有穩定的鐵磁性。但是此材料的居禮溫度遠低於室溫，侷限了材料在電子元件上的發展。若能在不破壞材料磁性的條件下增高居禮溫度將必廣泛應用於各領域，這表示摻雜金屬元素形成的異質結構有望改善此限制。因此本研究利用機械剝離法與乾式轉移法製備CrBr3/HOPG異質結構，並利用掃描穿隧顯微鏡(STM)技術探究鐵誘導的三溴化鉻表面形貌以及利用掃描穿隧能譜(STS)研究電性變化。研究結果顯示三溴化鉻的形貌可區分成三種:片狀、層狀與團狀，包括單層到10層的厚度。而我們發現鍍鐵後的平臺表面出現許多2~3 nm寬的不規則紋路，且原子結構變得相當清晰，掃描穿隧顯微鏡能探測到上層與底層的溴原子以及中間層的鉻原子所形成的六邊形。在電性方面，鍍鐵造成相當大的差異，三溴化鉻的能帶間隙從1.837±0.058 eV降至0.148±0.024 eV，代表鐵原子促使屬於半導體的三溴化鉻轉變成半金屬；同時，鍍鐵前後的費米能階(EF)皆偏向價帶，具有P型半導體的性質。根據實驗結果，我們的研究支持密度泛函理論對於三溴化鉻電子特性的預測，為三溴化鉻在自旋電子學領域的研究開啟新頁。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。Item 次單層銀夾層對鎳在鍺(111)-c(2×8)表面上隨溫度變化的影響(2013) 蔡孟宏; Tsai, Meng-Hung當表面形成三種複雜重構介面時，鍍上少量的鎳原子，以掃描穿隧顯微鏡觀察原子團在不同溫度下的成長變化。隨著溫度上升，表面上隨意分佈的鎳原子團逐漸聚集形成大島。這些大島具有特殊結構：7×7島、六角形和長條狀，其中只有7×7島是具有週期性結構的島。經過統計，分析鎳原子團喜愛站在銀/鍺(111)-(√3×√3)的基底上。 在實驗過程中，在低溫時銀不會讓鎳與基底鍺發生反應，充分發揮阻擋的效果， 但提高樣品溫度後出現與鎳鍺系統相同原子島，顯示銀無法完全阻止鎳與鍺形成合金。另外，能夠使在純基底上的鎳原子無法與鍺發生反應，顯示銀具有一種長距離作用力。 比較鈷銀鍺系統和鎳。這兩種皆會發生面積小的島消失，大面積的島逐漸增加，此現象稱Ostwald ripening。在鈷銀鍺的系統裡，比較介面對於鈷的束縛，(4 ×4)介面比(√3×√3)介面強，而且成核的鈷島會推開(4×4)基底上的銀原子，在其他區域形成更大片的(√3×√3)重構；在鎳銀鍺系統裡，原子團的體積會隨著溫度上升而增大，顯示鎳在各種基底上皆會與鍺形成合金，且鎳島會喜愛站在(√3×√3)重構。Item 鎳在鍺(111)-c(2x8)及銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長(2012) 李振豪; Jhen-Hao Li在室溫下蒸鍍少量鎳原子於鍺(111)-c(2x8)重構之上，並以掃描穿隧顯微鏡觀測其在不同加熱退火溫度下的改變。隨著加熱退火溫度的提升，原先分散於樣品之上的原子團聚集並形成了四種具有不同結構的原子島。當加熱退火溫度再度提升之後，表面上的原子島全數消失，只剩下極少量不規則的原子團，推測消失的原子島已鑽入基底之下。 在鍺(111)-c(2x8)重構之上蒸鍍銀並加熱退火使樣品表面轉變為銀/鍺(111)-(√3x√3)重構後，於室溫蒸鍍少量鎳原子並以掃描穿隧顯微鏡觀測其表面結構在不同加熱退火溫度下的改變並與鎳鍺系統的實驗結果比較，STM圖像顯示銀能夠保護基底不受鎳原子的破壞，然而在加熱退火溫度提升的過程中，原子島的總體積亦隨之上升，顯示銀並無法完全阻止鎳原子與基底形成合金。而在樣品表面上發現的三種不同結構的原子島中，其中一種未曾於鎳鍺系統中發現，代表銀在此系統中起了很大的作用。Item 鐵在鍺(111)-c(2×8)及銀/鍺(111)-(√3×√3) 表面上隨溫度衍化的行為(2012) 周明寬在室溫下蒸鍍少量鐵原子於鍺(111)-c(2×8)上，並進行一連串加熱退火的實驗，以穿隧掃描顯微鏡對其形貌進行觀測。從STM的影像圖和對表面上原子島的體積分析，顯示隨著加熱退火溫度的提升，鐵會在鍺基底上造成缺陷與破洞，藉以拉出鍺進行合金使體積增加，並形成數種不同形貌的島嶼。最終當加熱退火溫度達到840K以上後，表面上的原子團會聚集成數種巨大的原子島。 再來將銀蒸鍍至鍺(111)-c(2×8)表面上，將其加熱退火使樣品表面重構為銀/鍺(111)-(√3×√3)後，蒸鍍少量鐵再度進行加熱退火的實驗。與鐵鍺系統的實驗結果比較後發現，銀能夠保護基底上不會出現缺陷，但仍無法阻止鐵在加熱退火溫度升高後從基底拉出鍺進行合金。於鐵銀鍺系統中發現的原子島種類和鐵鍺系統中大致相同，但鐵銀鍺系統中出現新種類的島和一些跡象顯示銀對於鐵鍺合金的成長仍有影響力。Item 奈米銀結構在鉛量子島上之自我有序成長與電性結構(2005) 邱雅萍; Ya-Ping Chiu本篇論文主要是利用掃描穿隧顯微鏡(STM)探討鉛覆蓋在矽(111)表面上的系統之研究。由於鉛覆蓋在矽表面上時並不會和矽發生化學或互溶的反應,因此鉛覆蓋在矽表面的系統是一個研究金屬覆蓋在半導體上的典型系統。然而,鉛覆蓋在矽表面時, 隨著不同的溫度或是加鍍量的改變所呈現的相圖非常複雜。例如,當鉛的加鍍量大約是單一鉛原子層厚覆蓋在矽(111)表面上時,在室溫之下隨著鉛量的增加,鉛則會從(1x1)相轉變到不相稱相(incommensurate phase)。在本論文中 將近似單一鉛原子層厚覆蓋在矽(111)表面上的多重相相圖,將實驗上所表現出多重相的穩定度和鍍量及溫度的關係以所謂的階梯般相圖來表示。將同一區域漸漸增加鍍量,可以觀察到缺陷的存在將影響到相變化的過程。而這種因為缺陷的存在對這個系統相變化的影響也將在此探討及和理論的預測比較。 第二部分, 以矽(111)的(7x7)重構表面當成模板成長奈米大小的鉛島。鉛加鍍在矽(111)-(7x7)重構表面的成長過程將研究從起始成核到最後成長成鉛島的整個過程。然而, 同一區域隨著鍍量的增加的觀察研究, 將可更清楚地表示出三維的鉛原子團形態上如何轉變成以偏好的層厚存在的鉛島。 第三部分, 將探討鉛在另一表面, 不相稱相(incommensurate phase), 上的成長行為。 矽(111)的(7x7)重構表面和不相稱相(incommensurate phase)的最大差異即在於電子是否表現出穩定的量子阱態行為。這個差異將造成鉛在這兩種表面的成長行為有不同的表現。而這種的成長差異將在論文的第三部分討論。 將鉛加鍍在溫度約200K時, 同一層高的鉛島將呈現出同一週期但不同對比的影像。而這種對比的不同, 是源自於電子在因堆疊不同的介面上散射的結果。對於擁有較明顯影像對比的鉛島, 稱之為第一形態的鉛島, 而具有較模糊影像對比的鉛島, 則稱之為第二形態的鉛島。而這種因電子因素所造成的圖案可被用來當作模板成長不同材料的奈米結構。以銀為例, 加鍍在第一形態的鉛島時, 可形成高度有序性的二維陣列排列。而所受到的束縛能大小也被量化計算出。由計算結果得知, 銀加鍍在第一形態的鉛島和第二形態的鉛島時受到迥然不同的束縛能強度。 這個結果也被用來表現出鉛島上影像對比清晰程度具有和鉛島的兩倍層高相同的震盪週期特色。再者, 穿隧電流大小對所加的偏壓微分的量測也可表現出鉛島上影像以雙層鉛島高為震盪週期的特色。 在穿隧電流大小對所加的偏壓微分的量測中, 在能譜上表現出微小的震盪, 這個結果意味著有源自於橫向的電子束縛能態的貢獻。因此 在這本論文的最後一部分, 將對奈米銀結構的電子形態隨著奈米銀成核在不同位置、或奈米銀結構的大小及形狀之關係探討。另外, 對於鉛島對奈米銀結構的電子形態的影響, 也將研究及探討。