物理學系
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Item Ba(B’1/3B”2/3)O3之材料特性研究與在天線方面應用(2014) 陳美瑜; MeiYu Chen本論文主要分成兩部分，主要目的在探討Ba(B’1/3B”2/3)O3 鈣鈦礦結構行為。Ba(B’1/3B”2/3)O3為工業上主要的微波介電材料，其中Ba(Mg1/3Ta2/3)O3更是以低介電損失而聞名。本文中將利用第一原理模擬計算去推測完美的Ba(B’1/3B”2/3)O3晶體其體積模量(bulk modulus), 包含拉曼與紅外線吸收的聲子振動行為，以及由聲子與電子貢獻的介電常數。另一方面利用Ba(Mg1/3Ta2/3)O3材料去設計一個介電共振天線。首先，利用第一原理模擬出Ba(Mg1/3Ta2/3)O3與Ba(Mg1/3Nb2/3)O3的體積模量分別為156 GPa與258 GPa。Ikawa et al 教授的論文(1998)中顯示了實驗Ba(Mg1/3Ta2/3)O3的體積模量為154 GPa，這實驗結果與本論文中模擬體積模量相當接近。可惜的是 Ba(Mg1/3Nb2/3)O3材料並沒有實驗的體積模量數據可供比較。第一原理也可分析並提供Ba(B’1/3B”2/3)O3簡正振動模的頻率與行為，包含了九個拉曼聲子，十六個紅外聲子以及三個無法激發的聲子振動模。詳細的分類與振動型式可見附錄一。經由第一原理推測出的Ba(B’1/3B”2/3)O3單晶理論頻率與參考論文中的陶瓷多晶樣品實驗頻率相當的接近。在計算介電常數上，Born and Huang 提供了有效電荷模型可計算由聲子提供的介電貢獻。在微波範圍中，只要考慮聲子與電子的介電貢獻，經由計算後，模擬Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 的聲子與電子介電貢獻分別為23.4 與 4.14。此結果與紅外吸收實驗所得知結果相當接近(εr(phonon)=23.3 and εr(electron)=4.4). 而 Ba(Mg1/3Nb2/3)O3的理論推測值結果也相當符合實驗。而有四個對介電貢獻貢獻重大的聲子分別為2Eu, 2A2u, 4Eu, 與3A2u，其中兩個聲子(2Eu and 2A2u) 為鋇離子與其他離子的相對運動；而另外兩個聲子(4Eu, 3A2u) 為B” 離子與氧的的相對運動。經由辨別各聲子的運動行為，我們可以解釋參雜不同雜質的Ba(B’1/3B”2/3)O3聲子改變行為，例如SrxBa1-x(Mg1/3Ta2/3)O3 (x< 0.5)。 在參雜量小於0.5 ，拉曼光譜並無相變，兩個A1g 特徵模(420 cm-1 and 800 cm-1)卻有不同的頻率改變行為。這可以合理推測鍶離子偏好位於鋇離子與鎂離子的位置，而非鉭離子的位置。而且因為鍶偏好佔據鋇離子位置上而且鍶離子具有較小的質量與較大的Born 有效電荷導致隨著參雜濃度增加，樣品的介電常數也隨之增加。在Ba(B’1/3B”2/3)O3 的應用上，本文使用Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 材料設計一個介電共振天線，其主要應用在無線通訊方面，共振頻率在2.4 GHz 至 2.484 GHz。此天線在2.44 GHz中有最小的回饋損失(Return loss) -34.67 (dB)，與最強的效率(68 %)與天線增益(5.13)。在3D的輻射途中，天線的xy 平面具有類似全方面的輻射圖，但是在y-z與 x-z 平面表現出定向的輻射。Item 半導體材料GaSe1-xSx ( 0 ≦ x ≦ 1)之光譜性質研究(2010) 黃姿方; Tz-Fang Huang我們研究非線性光學半導體GaSe1-xSx (x = 0.00、0.01、0.03、0.14、0.18、0.26、0.37 及 1.00 ) 單晶塊材的光譜性質。首先，GaSe的拉曼散射光譜顯示四個拉曼活性振動模，其頻率位置在134 cm-1、212 cm-1、250 cm-1及307 cm-1，拉曼峰頻率位置隨著摻硫離子濃度上升而有藍移的現象；當x ≧ 0.18 時，我們觀察到多了一個160 cm-1拉曼峰，隨著摻雜硫離子濃度增加而對應到GaS的188.5 cm-1拉曼峰，這些拉曼散射光譜的變化與GaSe1-xSx層狀堆疊結構的改變有緊密的關聯性。此外，我們觀察到光激螢光光譜在x ≧ 0.18 時，其螢光峰的半高寬明顯變寬，且峰值的光子能量大於能隙，推測此時樣品與GaS同屬間接半導體，而多出來的能量即為聲子放射所造成。 我們進一步研究GaSe1-xSx的室溫全頻光譜與變溫穿透光譜，其中紅外聲子吸收峰隨著摻雜硫離子濃度上升而有藍移現象；由於摻雜硫離子後層間距離縮小，電子與離子作用距離較短因此作用力較強，所以造成能隙上升的現象；我們觀察到不同硫離子濃度樣品能隙的溫度變化率，在x ≧ 0.18 時略為上升後下降與低摻雜樣品的變化不同，此結果亦呼應堆疊結構的變化。最後，我們藉由使用第一原理理論計算GaSe在Γ點的聲子振動特性，並與拉曼散射光譜實驗及紅外光活性振動的實驗結果進行比較。Item 對奈米碳管電極間的分子結之第一原理研究(2009) 李欣翰; Lee, Hsin-Han早期傳統上探討穿透係數Transmission(電子在特定能量的傳輸效應)或電導率Conductivity(電子在整體能量的傳輸效應)大多針對以電極夾接塊材元件的系統是以電極間夾入塊材的系統，整體上，元件及電極仍維持晶體的性質。1980年代之後因製成技術的突破，而漸漸發展出奈米元件，或甚至是電極間以單一分子結 (single molecule junction銜接的系統)，這探討這些尺度小於電子平均自由徑的元件系統，必須考慮量子傳輸(quantum transport)的模型。 由於實驗上的方便，起初研究單一分子結多是以金屬當做電極。在之後有實驗做出以奈米碳管為電極的single molecule junction [1,2]，這樣的系統有別於在許多junction裡，金屬與分子間定義不清的鍵結，及不確定的幾何形狀，奈米碳管與分子間形成共價鍵的系統比較牢固，加上奈米碳管特有的quasi 1-dimension特性，使之更有研究價值。近年來對分子電子元件中量子傳輸的探討，是很受注目的課題， 本篇論文使用第一原理計算(ab-initio)探討奈米碳管電極間分子結的穿透係數，我們使用以密度泛函理論DFT(Density Function Theory)為架構的McDCAL(McGill-Device-CALculator)進行一系列的模擬分析。我們計算在chiral vector 為 (8,8) 的單層奈米碳管SWCNT(single wall Carbon Nano-Tube)之間以兩個等長的聚烯(polyene)分子構成的分子，然後和Tight binding理論計算的結果進行比對。而穿透係數是重要的基本特性之一，對分子電子元件的電流能有所了解，可用於I-V curve 的計算。Item 奈米碳管分子結間電子傳輸與干涉現象之第一原理研究(2013) 陳凱榆本篇論文以奈米碳管(Carbon Nanotube, CNT)與分子結構所形成的一維系統為題，利用第一原理(Ab initio)方法計算其傳輸性質；依據分子結構的不同，發現會有干涉現象的產生。藉由與緊束縛模型(Tight Binding model)所得的結果相互比對，透過傳輸係數(Transmission Coefficients)及態密度(Density of States, DOS)的分析，可歸納出影響類似此種結構之奈米電子元件的電子傳輸性質為何，並且進一步地了解量子傳輸理論(Quantum Transport Theory)。Item CuB2O4晶體在第一原理的研究(2019) 王俊凱; Wang, Chun-Kai研究CuB2O4反鐵磁性材料在第一原理中的能帶架構以及材料特性。 CuB2O4在第一原理中，使用六個單元的方式呈現週期性的結構分布，在這個晶格中a=11.357、c=5.542 Å, k-mesh使用4x4x4, nbands為400 並且使用VASP GGA+U的方法，其中Cu(A)&Cu(B)的U分別為U1=6.4eV, U2=7.0eV。 在計算中，我們發現CuB2O4的density of state(DOS)在導帶的地方會出現兩個非常明顯的尖點。一個是由Cu(A)&O(1)組成，另外一個則是由Cu(B)&O(2)&O(3)&O(4)所貢獻，因此我們希望可以分析出兩者的不同。Item 奈米碳管電極之間分子結的電子傳輸研究(2017) 林明寬; Lin, Ming-Kuan本篇論文以斜切的armchair奈米碳管(carbon nanotube)作為分子結(molecular junction)中的電極。使用緊密束縛模型(tight-binding model)計算斜切的armchair奈米碳管、直切的armchair奈米碳管和直切的zigzag奈米碳管從表面到內部的局域態密度(local density of states)。直切的armchair奈米碳管和直切的zigzag奈米碳管的每一層局域態密度分別顯示三層循環的週期性振盪和局域的邊緣態(edge state)。斜切的armchair奈米碳管不只具有週期性振盪，也具有局域的邊緣態。在局域態密度的研究之後，我們把一條或兩條多烯(polyene)接在兩個斜切的armchair奈米碳管之間作為分子結。使用緊密束縛模型和第一原理(ab initio)方法研究分子結的電子傳輸性質。One-polyene分子結在費米能量(Fermi energy)的傳輸(transmission)數值接近1，所以它恢復了一條電子傳輸通道。Two-polyene分子結在費米能量的傳輸數值在0和2之間變化，所以它顯示了干涉效應。儘管緊密束縛模型和第一原理的結果大致相同，但是從這兩種方法得到的結果還是有不一致之處。藉由調整緊密束縛模型中參數的大小，研究分子結的傳輸性質如何變化。我們發現分子結的傳輸性質會受到來自於分子內的鍵結(intra-molecular bonding)強度、耦合(coupling)強度和on-site energy的影響。