物理學系
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本系師資陣容堅強,現有教授15人、副教授12人、助理教授2人、名譽教授5人,每年國科會補助之專題研究計畫超過廿個,補助之經費每年約三千萬,研究成果耀眼,發表於國際著名期刊(SCI)的論文數每年約70篇。
近年來已在課程方面 著手變革,因應學子的各種不同的生涯規劃與需求,加強職業輔導與專業能力的提升,增加高科技相關課程,提供光電學程(光電半導體、半導體製程技術、近代光 學與光電科技等)、凝態物理、表面物理與奈米科技、高能與理論物理、生物物理、應用物理等研究發展專業人才,並配合博士逕讀辦法,讓大學部學生最快能在五 年內取的碩士(透過碩士班先修生),八年內取得博士,有助於提升本系基礎與應用研發能量,為各學術研究機構與業界高科技創新與研發人力(包括在光電業、半 導體製造業、電腦週邊產業等)。
本系亦推動網路教學(科學園)與數位科學研究,作為提供科學教學與學習系統平台的強化支援,並除了原先開設的教育學程外,多增強學生英語教學的能力,與世界科學教師系統連結,在教師從業方面,塑造世界級的物理科學教師,發揮教育影響力。
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Item 微波介電材料MgTiO3-CaNdTiO3系統(2011) 游鎮遠; J. Y. You微波介電材料CaTiO3具有極高的介電常數,非常符合現代微波被動元件小型化的需求,但其缺點為過高的共振頻率溫度係數 。我們摻雜 為負值的MgTiO3,組合成 趨近於0的複合物,本論文的主旨是探究MgTiO3- CaNdTiO3系統之光譜性質。 我們測量(1-x)MgTiO3-xCa0.61Nd0.26TiO3+Mn2O3 (x = 0.2、0.4、0.6、0.8)樣品的拉曼散射光譜,715 cm-1拉曼散射峰屬於氧八面體呼吸振動模,其強度隨x增加而變小,並與微波頻段之Q × f值的變化趨勢一致。此外,Ca1-yNd2y/3TiO3+Mn2O3 (y = 0.3、0.39、0.48)樣品的524 cm-1氧八面體扭轉振動模的半高寬與Q × f值呈現反比關係,這些實驗結果意味著,氧八面體的振動與樣品的介電特性有緊密關聯性。 我們測量上述樣品的紅外光反射光譜,發現紅外光活性振動模中,氧八面體相對於B site陽離子彎曲振動模為樣品介電常數的主要貢獻者,且其所占介電損失的比例也最大。此振動模的對稱性低,具有較大之極化能力,亦即離子轉動的程度較大,因此產生更大的阻尼所導致。Item 微波介電材料 La(Mg1/2Ti1/2)O3 和 (A2+1/3B5+2/3)1/2Ti1/2O2 (A2+ = Mg, Ni, and Zn, B5+ = Nb and Ta) 之光譜性質研究(2009) 楊閔媞我們研究固態法和檸檬酸鹽法兩種不同方法製成的 La(Mg1/2Ti1/2)O3 以及不同原子取代的 (A2+1/3B5+2/3)1/2Ti1/2O2 (A2+ = Mg, Ni, and Zn, B5+ = Nb and Ta) rutile系列的光譜性質,並探討紅外光光譜特徵與其微波特性的關聯。 首先,我們觀察到 (i) x 光繞射能譜顯示兩種不同製程方法的 La(Mg1/2Ti1/2)O3 塊材具有相同之晶格結構;(ii) 兩個樣品都有 12 個拉曼聲子振動模,但固態法樣品峰值的半高寬較窄,暗示其比檸檬酸鹽法樣品具有較好的晶格同調性;(iii) 兩個樣品皆有 10 個紅外光聲子振動模,並推算出離子晶格貢獻的介電常數與品質因子。固態法的介電常數較高,且固態法在 1 THz 的品質因子也較好。 接著,我們發現到 (i) 六個 rutile 系列樣品的 x 光繞射峰皆對應到 rutile 結構的峰值,且沒有雜相存在;(ii) 六個樣品的紅外振動模頻率位置有差異,應與氧八面體中陽離子與氧的鍵結強度有關;(iii) 在高頻及微波頻段量測介電常數和品質因子以 (Mg1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 及 (Mg1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 趨勢最為符合;(iv) (Zn1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 品質因子最高,但介電常數最小,(Zn1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 介電常數最高,但品質因子最差。 最後,(Mg1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2 及 (Mg1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2 樣品隨著溫度的下降,我們發現聲子軟化的現象,此結果符合賴登-沙哈-泰勒關係式。Item Re3Ga5O12塊材與Ba(Mg1/3Ta2/3)O3薄膜之光譜性質研究(2008) 王信介; Hsin-Chieh Wang我們研究不同稀土元素取代之 Re3Ga5O12 (Re = Nd, Sm, Eu, and Dy) 塊材以及不同成長條件之 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜的光譜性質,並 探討紅外光譜特徵與其微波特性的關連。 首先,我們觀察到 (i) Re3Ga5O12 塊材具有 14 個遠外紅光區聲子 振動,並推算出離子晶格貢獻的介電常數與品質因子;(ii) 在 200 cm-1 ~ 800 cm-1 的鎵四面體的內膜振動聲子決定了大部份的介電特性,隨 著鑭系收縮效應聲子振動頻率呈現合理的藍移,其中介電貢獻第一、 二名的 9、10 號聲子 (同為鎵四面體非對稱彎曲振動模),其半高寬 趨勢與微波量測所得的品質因子趨勢呈高度負相關,可說 Re3Ga5O12 塊材複雜的結構中鎵四面體主導了其主要的介電性質。 再者,我們觀察到 (i) Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜巨觀排列屬於無序的 立方晶系結構 ( Pm3m ),微細結構則介於無序立方晶系及有序六角 晶系結構 ( P3m1) 間的過渡態,此外隨著鍍膜時間的增加,我們發現 到 BaCO3 雜相的生成,這影響了Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 薄膜品質;(ii) 利 用紅外光光譜推算薄膜的介電特性,薄膜靜介電常數最高可達到 13.27,與塊材 (約 25) 有段距離,而品質因子最好僅為 9980 GHz, 與塊材 (約 70000 GHz) 相距甚遠。Item 鎵石榴石微波陶瓷的延伸X光吸收精細結構與拉曼光譜研究(2007) 呂杰翰; Chieh Han Lu本文以延伸x光精細結構光譜(Extended X-ray absorption fine structure)與拉曼散射光譜(Raman spectrum)對Re3Ga5O12 Gallium Garnet陶瓷的微波特性相關性質進行研究,其中A-site元素由不同的稀土族元素所置換,分別為Nd, Sm, Eu, Dy,在X光精細結構光譜的研究中,可發現鎵多面體的相對大小與晶體的介電常數(Dielectric constant)有關;而由對拉曼光譜的分析,可歸納出聲子的半高寬與品質因子(Quality factor)間的關連性,當聲子半高寬較小時,表示晶體的結晶性良好,晶體的振動因而能與外加電磁波的頻率一致(coherent)。關連不同原子結構的聲子性質亦被分析,與A-site結構相關的聲子頻率較高時,表示A-site氧十二面體的體積較小,而鎵多面體的相對體積較大,介電性質的變化被發現與多面體間的相對體積變化有關。 在摻雜TiO2共同燒結的Sm-Garnet微波特性研究中,我們同樣利用EXAFS與拉曼光譜進行分析,結果顯示,Garnet結構並沒有顯著的改變,而在晶粒的邊界中存在有Ga2O3以及鈦原子相關的化合物,這些二次相的出現降低了邊界的電磁波反射,改善了微波特性。Item 近場掃描微波顯微鏡的研發製作(2015) 賴奎元; Lai, Kwei-Yuan鐵磁共振儀是研究自旋動力學不可或缺的強大工具。多年前本實驗室以向量網路分析儀(VNA)為基礎開發了鐵磁共振儀(FMR)。現在我們致力於將研究延伸到局域性的鐵磁共振量測(LFMR),而近場描微波顯微鏡(NSMM)正是達成此目標的必要條件。 文主要呈現自行研發製作掃描穿隧顯微鏡(STM)和近場掃描微波顯微鏡(NSMM)的過程,包含兩套顯微鏡架設所需的核心理論、儀器介紹、開發過程。最後,以特製的樣品來檢驗STM與NSMM的解析度與靈敏度。Item 石墨烯的微波元件研究(2015) 王韋翔; Wang, Wei-Hsiang石墨烯是由單層碳原子所組成的六角晶格結構,有著高電子遷移率以及反常的量子霍爾效應等有趣以及優異的物理特性,因而被廣泛的研究,像是石墨烯的DC 傳輸量測以及拉曼、光致發射、和紅外光譜等實驗研究,但卻鮮少有石墨烯在量子霍爾領域的微波實驗,因此本論文的研究目標是希望藉寬頻微波量測觀察石墨烯在量子霍爾領域以及微波頻率下的動態反應,本論文會先研究石墨烯微波元件製程方法,由石墨烯的位置定位到共平面波導的設計以及製程,並確認了其微波元件能夠達到阻抗匹配。本論文有兩種石墨烯的微波元件,一種是石墨烯位於中心線與接地面之間,而另一種是位於中心線與中心線之間,而後者與前者的製程差異在於後者會加上由NiCr作成的電阻,其製程方式是藉由蝕刻液來調整NiCr的幾何形狀來達到阻抗匹配。 量測方面則是在低溫(1.5 K)高磁場下(8 T)分別使用AC及DC量測,本論文在DC的量測中觀察到了量子振盪(quantum oscillation),且觀測到AC量測的數據與DC量測的數據會有一樣的趨勢,最後本論文建立了一個分析模型嘗試將S-parameters據轉換成AC電導。