理學院
Permanent URI for this communityhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/3
學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
Browse
8 results
Search Results
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 濺鍍成長鐵鈷合金薄膜與大學近代物理實驗改進研究(2010) 林仟弘; Chang-Hong Lin本研究是利用射頻濺鍍的方式,在單晶矽(100)上成長鈷和鐵鈷合金薄膜,並配合大氣磁光柯爾效應儀進行磁性的量測,且配合原子力顯微鏡、掃描穿隧式電子顯微鏡,進行表面形貌量測,觀察濺鍍不同鐵磁性薄膜一系列的研究。 我們建立一套全新的射頻濺鍍系統,且成功利用此系統濺鍍Co/Si(100)及CoxFe1-x/Si(100)薄膜。實驗發現,改變濺鍍條件成長薄膜,濺鍍功率和工作壓力皆會影響薄膜成長速率。濺鍍功率及工作壓力的增加皆會使薄膜成長速率加快。 在以濺鍍功率50 W、工作壓力 4mTorr成長Co/Si(100)薄膜時,發現鈷膜表面有特殊的三角錐結構,尺度約為100 nm。而改變濺鍍條件則無此現象。此錐狀物是由底層鈷層的柱狀晶向上成長,成長的Co膜為HCP結構,且鈷膜平面平行 HCP結構上的c 軸,和我們在磁性量測發現易軸在縱向的結果呈現一致。 且實驗發現成長Co/Si(100)薄膜及Co0.4Fe0.6/Si(100)薄膜時,表面粗糙度隨薄膜成長會先下降再增加。另外由表面磁光科爾效應儀的磁性量測結果發現Co/Si(100)薄膜之矯頑力也隨薄膜厚度增加先下降再增加,和表面粗糙度有相同的趨勢,證實磁性薄膜表面粗糙度會影響磁性薄膜之矯頑力。 另外,我們也進行本系實驗物理(III)課程改進研究。由問卷調查發現新增選修實驗對學生學習上有很大的幫助,且學生可提早認識當前研究的趨勢幫助其未來規劃。另外,我們也就各項觀察提供建議的改善方針,以期提升實驗課的深度與廣度。Item 超薄鈷/銅(100)膜的電化學特性研究(2008) 李育鴻; Y. H. Li本實驗是利用電鍍方式在單晶銅(100)電極上成長鈷薄膜,同時使用循環伏安法(Cyclic Voltammetry)、電化學掃描式電子穿隧顯微鏡(EC-STM)、電化學磁光柯爾效應系統(EC-MOKE)來研究單晶銅(100)上所成長鈷薄膜的表面特性與結構以及磁特性,並且嘗試了加入鉛當做電鍍鈷超薄膜的界面活性劑。 以循環伏安法檢測,單晶銅(100)電極在 1 mM HCl電解液中的電化學過程,我們不會發現典型的電流成對峰值:氯離子的吸附、退吸附峰,而是只會出現氯離子的退吸附峰値,在E = -375 mV (vs Ag/AgCl)。正常而言如果是在電流數量級較小的實驗系統開始產生氫氣以後電流就會一路往下。在-650 mV 電流有急速往下減少,表示有質子的還原2 H+ + 2e- → H2。而在 0 mV 的氧化還原電流分別代表銅的氧化與還原沉積,Cu + 2 Cl- ↔ CuCl2- + e-,再將電解液換成1 mM CoCl2/1 mM HCl 會造成氯離子退吸附峰值移動:E = -325mV (vs Ag/AgCl),並且發現在當我們在陰極掃描到E = -600 mV以後,陽極在E = -500 mV以前才會出現鈷原子的氧化峰値。當加入嘗試鉛當電鍍鈷的界面活性劑時,將 0.01 mM PbCl2加入到含有1 mM CoCl2/1 mM HCl的水溶液,從CV實驗的結果可以看出鉛的鍍量有受到控制,如果當電極銅(100)在陰極方向電位持續減小,還是只有低電位沉積(UPD)的鉛原子氧化峰值出現,鉛離子會在往陰極方向E =-400 mV左右開始還原成鉛原子,在陽極方向E =-300 mV鉛原子開始氧化(vs Ag/AgCl)。 進行STM實驗時用鹽酸修飾電極表面,利用氯離子與銅電極間的化學鍵結將形成一高規則度的c(2×2)-Cl結構,其將降低銅電極的表面能量,氯離子對銅有很強的鍵結力,具有修飾銅(100)電極表面平台及台階的效用。當電位改變往陰極方向循序漸進時,可以觀察到氯離子對銅(100)電極的溶解現象,氯離子與銅電極鍵結後,在銅電極表面上較不穩定的島狀物或缺陷處形成CuCl2-化合物,並將銅原子從電極表面拔除,隨時間的變化,銅原子會在電極表面上較穩定的區域,重新將銅原子填回載體,這也是為何實驗進行前我們會在-100 mV ~-300 mV左右掃CV 實驗10~15分鐘,這樣可以得到穩定良好的銅(100)電極表面。當隨著電位減小時我們可以觀測銅(100)電極表面有一溶解的情形,隨時間變化,由台階邊緣往平台方向逐漸溶解,所以台階會變成平滑棉花的波浪狀,相反地,當我們將電位再調回陽極方向更正的電位時會重回氯離子的形態,且電位愈正台階形狀和表面型態皆會趨於穩定。而台階高度在所有觀察電位皆是0.18-0.2 nm。經由STM的觀察可以發現,鈷原子吸附在單晶銅(100)電極上,並沒有單層鈷原子的沉積(沒有發現UPD),鈷原子在沉積時,會先從銅(100)台階凹陷的地方開始沉積,從STM的圖觀察可以看出表面會變的比鈷還沒沉積前來的平坦,但是不會形成一個均勻連續的薄膜表面。 基本上隨著電鍍時間增加膜厚也有增長的趨勢,但是超過十分鐘後因為溶液中鈷的含量分佈不均勻,靠近電極表面的地方,鈷離子的濃度遠小於溶液中的濃度,會導致擴散(diffusion effect)行為,使得鈷離子由濃度高處往低處移動。因此擴散效應影響了鈷原子吸附至銅(100)電極表面導致鍍鈷的速度會隨著時間的增加而變慢,所以CV上沒有明顯變化。另外在此電位下停頓已有氫氣放出,所以停頓愈久氫氣愈多(樣品拿出後有看到氣泡),這也會影響鈷在銅上的鍍率。配合前面的CV和STM結果,我們可以確信鈷離子會於電位-800 mV開始還原並沉積於單晶銅(100)電極上(Co2++2e-→Co)。 在電位-850 mV的狀況下單晶銅(100)電極表面上所沉積的鈷膜經由EC-MOKE觀察出具有磁性現象。到目前為止我們只知道HC似乎只有在一開始1-2層時會增加快速,之後就算隨著膜厚增加也是維持在64-65 Oe左右,MR則在1-3層會增加較快的趨勢,之後會呈現較緩慢的增加,配合STM圖像並還沒有可看出表面結構的改變,但是因為是三維成長,所以表面的形態有變亂的跡象。以0.005 mM PbCl2加入到1 mM CoCl2/1 mM HCl的水溶液,想要以當鉛為界面活性劑主要電鍍鈷,量測EC-MOKE結果,可以觀察出磁滯曲線的訊號,但是磁滯曲線的方正度並沒有在沒有添加PbCl2情況下量測出的好,因此在0.005 mM PbCl2濃度還是沒有達到鉛為界面活性劑的功效。Item 以電鍍方法成長Co/Pt(111)薄膜及其磁性研究(2015) 郭唯旭; Kuo, Wei-Hsu在研究中,使用電化學的方式在水溶液環境中成長Co薄膜在Pt(111)上,透過加入Pb與紫精酸形成完全不同的磁性異質介面,研究Co薄膜受到不同的介面異向能以及不同的量測電位對磁特性的影響,利用循環伏安法(cyclic voltammetry, CV)鑑定成分,並使用磁光柯爾效應(Magneto-optic Kerr effect, MOKE)進行磁特性的量測。 實驗中Co薄膜成長在Pt(111)上並不會形成合金亦不會形成磁性死層,在5 nm 以上時可以穩定存在,不與溶液中的各種離子起化學反應,並且在不同的量測電位可以發現矯頑力會受到電場影響而增強的現象。 在Co/Pt(111)上加入Pb的覆蓋層,發現矯頑力並無明顯變化,推測是Pb只吸附在薄膜上不與Co形成合金態,且並未影響介面結構,導致矯頑力不變。 加入紫精酸則可發現矯頑力受到介面異向能的改變而變化,然而飽和磁化量、殘磁以及方正度均沒有明顯的變化,在不同的電位量測紫精酸對矯頑力的影響,發現紫精酸隨著電位變化,因為各個不同的官能基受到電位影響的能力不同,產生了不同的吸附狀態,使得表面的電子分布不同進而讓表面的鈷原子間自旋或軌道的角動量耦合改變,這樣的現象可近似於表面磁矩間耦合的缺陷增強或減弱而使得矯頑力變化,而這樣的表面現象僅影響薄膜的表面,因此表面特性的貢獻比例會持續隨著膜厚下降,此研究結果發現在此系統中可以利用電位的不同來瞬間控制磁性薄膜的矯頑力變化,極富應用價值。Item 奈米級紅熒烯/鈷薄膜的物理特性研究(2019) 周彥維; Jhou, Yan-Wei近期可撓式電子產品日益增加,且有機半導體材料具有由於低成本,且易於低溫製程,所以引起了很多關注,其中紅熒烯是具有高載子移動率的有機半導體。本研究中第一部分為紅熒烯奈米級雙層結構研究。X光反射率實驗與擬合,其中紅熒烯薄膜出現雙層模型特性,同時可定出紅熒烯表層的厚度為2.7±0.2奈米,且表層的散射密度長度數值低於下層塊材。紅熒烯厚度增加時,可以觀察到紅熒烯的表面形貌變化,從小顆粒轉變成大顆粒的奈米域(nano domain)。透過X光繞射實驗中,得知紅熒烯薄膜中具有相位分離的分層現象,代表紅熒烯薄膜中具有非單一晶相的奈米域,其中表層具有兩種次要結構,且下層塊材會有另一主要結構。不同厚度下紅熒烯薄膜彈性模量實驗,也可觀察到紅熒烯薄膜具有雙層模型特性趨勢,而後結合雙層模型彈性模量理論進行擬合時,可得知紅熒烯薄膜中表層與下層塊材間彈性模量等。四點探針電性測量時,紅熒烯薄中的雙層性質可用於表現在它的電阻行為,其中觀察到界面粗糙度對傳導電子的傳輸路徑敏感,該訊息對於有機半導體在可撓式面板中的未來應用是具有相當價值。 第二部分的研究為鈷與紅熒烯在矽(100)上形成複合性薄膜的表面與磁性的研究,實驗中嘗試鈷與紅熒烯的比例為1:0.33、1:0.5、1:1。而複合薄膜成長時會傾向層狀方式成長,上層主要為紅熒烯,下層主要為鈷-紅熒烯。當複合薄膜厚度較厚時,其中足夠量的紅熒烯會形成界面活性劑,降低薄膜與矽(100)基板間界面的交互作用,使薄膜表面會非常平坦,且此時樣品的矯頑力較低,當複合薄膜厚度較薄時,表面會有殘留一些鈷的顆粒,薄膜表面較粗糙,其中粗糙的表面代表薄膜中有許多的缺陷,才會使磁化翻轉時矯頑力較大。在鈷與紅熒烯複合薄膜中,當提升紅熒烯薄膜的量時,讓複合薄膜中的鈷與紅熒烯的界面增加,且增加紅熒烯的界面活性劑作用機會,進而提升複合薄膜的品質。 第三部分的研究為紅熒烯插層在鈷/矽(100)的表面與結構對磁性影響的研究。在鈷/矽(100)中會形成奈米鈷晶粒,在插層紅熒烯薄膜之後,紅熒烯會向上層的鈷擴散,讓鈷偏向形成非特殊晶相的膜,並且矯頑力的降低歸因於磁性材料中的缺陷密度下降。而在矯頑力數值附近的鈷/矽(100)柯爾顯微鏡圖像,觀察到在暗圖像中具有一些隨機分佈的缺陷,通過增加外加磁場,缺陷並不會在不同的磁場下移動,並且作為磁域壁運動的釘扎點,通過對鈷/紅熒烯/矽(100)的缺陷密度和矯頑力分析,進而得知樣品中鈷薄膜的磁域會以一維彎曲模型進行磁化翻轉,且缺陷與磁域壁為較強的交互作用。此研究主要透過磁光柯爾顯微鏡直接觀察到薄膜中的缺陷並定量出薄膜中的缺陷密度,如果此技術更加成熟,可以提供給磁性材料一個快速篩檢缺陷的方式。透過紅熒烯界面活性劑效應,改變薄膜中的缺陷,最後影響到薄膜中的磁特性,如果未來能結合薄膜彈性模量的研究,可以提供在可撓式有機磁性面板的開發。Item 石墨烯/鈷/銥(111)插層結構的磁特性研究(2018) 黃盛吉; Huang, Sheng-Ji本研究我們會系統化地研究不同界面對於鈷/銥(111)系統的磁性影響,利用歐傑電子能譜儀研究系統成分及化學狀態、表面磁光柯爾效應儀研究系統磁性變化。首先以石墨烯此一非金屬二維材料作為介面系統,並變更鈷厚度來探討石墨烯/鈷/銥(111)的影響變化。鈷薄膜皆會在熱退火後插層至石墨烯下方,並在鈷厚度還太薄時其系統的居禮溫度低於室溫,之後隨著鈷厚度增加,系統磁易軸會從極向慢慢轉往縱向,此外極向的矯頑力還會隨著鈷厚度增加而下降。之後嘗試覆蓋銀薄膜改變石墨烯/鈷的界面效應,同樣在熱退火後發現鈷會插層至銀/石墨烯下方,並發現銀能有效降低系統的極向矯頑力,更使得磁易軸轉換的鈷厚度得到提升,確切地顯示出銀薄膜能使得石墨烯/鈷/銥(111)系統的垂直異向性得到增強。本研究中覆蓋銀的方式有兩種,其一是直接在石墨烯/鈷/銥(111)上直接蒸鍍銀薄膜,另一種先製備鈷/銀/石墨烯/銥(111)系統後,再以熱退火的方式使其變成銀/石墨烯/鈷/銥(111)系統。兩種製備方式所量測出的磁滯曲線大有不同,後者能得出較為方正的磁滯曲線。但不論是何者皆顯示銀覆蓋層能使石墨烯/鈷/銥系統的磁易軸更加穩固在極向方向的作用。另外本碩論亦詳細計算出受銀影響前/後的介面異向能數值,這使其在自旋電子元件與磁紀錄媒體的開發上有所助益。此材料不論鈷或銀厚度如何,其各成分元素皆保持穩定的化學態,也即在生產階段可以保持良好品質的薄膜,應用於元件而具有優秀良率。Item 鐵在紅熒烯/矽(100)上磁性與結構之研究(2018) 謝祥予; Sie, Siang-Yu近年來研究指出,鐵磁性材料能受紅熒烯影響晶體結構,而本實驗室近年來研究亦指出鐵磁材料鈷受到紅熒烯介面影響到磁性表現,鐵磁材料鐵受到紅熒烯的影響,產生磁性與結構上的變化,成為本篇研究重點。本研究利用磁光柯爾效應儀、校內合作原子力顯微鏡與磁光柯爾顯微鏡、校外X光繞射與X光電子能譜儀,去探討射頻磁控濺鍍鐵薄膜在蒸鍍成長紅熒烯的系統於矽(100)之上。第一部分在鐵/矽(100)系統中,磁性量測矯頑力隨鐵薄膜厚度增加的變化,矯頑力從25奈米的60 Oe 巨幅上升至30奈米的120 Oe左右,而在鐵約27奈米設為轉變點,並透過X光繞射確認鐵薄膜40奈米以前為bcc結構排列;而在鐵/紅熒烯/矽(100)系統中透過加入不同厚度紅熒烯,觀察上層鐵薄膜的磁性變化,在紅熒烯厚度約1奈米,鐵的矯頑力上升轉變點的厚度提前,當紅熒烯厚度達4、12奈米,矯頑力上升的厚度提前至8奈米,透過X光繞射觀察在加入紅熒烯後發現,鐵薄膜bcc(110)的結晶性上升,其應力增加導致鐵薄膜磁異向能上升使矯頑力增加,而X光電子能譜發現鐵與紅熒烯之間產生介面效應,導致上層鐵薄膜的結構不同;第三部分觀察磁域翻轉模式在鐵薄膜厚度達15奈米以後為大片狀翻轉,在加入紅熒烯時鐵薄膜較薄時呈現細條狀翻轉,鐵薄膜27奈米以後則呈現大片狀翻轉,結合X光繞射分析晶粒大小與原子力顯微鏡分析顆粒在有無加入紅熒烯的不同導致磁域翻轉的變化。Item 石墨烯插層對Co/Cu薄膜的磁特性影響研究(2016) 張育杰; Chang, Yu-Chien本研究在水溶液環境中利用電化學的方式成長Co薄膜在Cu(100)及graphene /Cu上並進行磁性量測,再加入紫精酸的異質介面,研究Co薄膜在不同的介面對磁特性的影響,其中使用循環伏安法量測其成分組成,並使用磁光柯爾效應進行磁性量測。發現5至20 nm的Co薄膜在Cu(100)及graphene/Cu表面上成長,隨著厚度上升皆表現出縱向方向為磁化易軸,接著進一步分析縱向的磁滯曲線可以得到其飽和磁化量、殘磁、方正度以及矯頑力。Co/Cu(100)於不同電位測量時,其飽和磁化量、殘磁、矯頑力並無明顯的變化,而Co/graphene/Cu上則在特定的厚度會產生雙磁滯曲線疊加的現象,並且隨著電位可以控制其磁特性,比較石墨烯插層對Co/Cu薄膜的矯頑力影響,發現在任何電位下Co/Cu(100)薄膜的矯頑力皆大於Co/graphene /Cu薄膜。而後在Co/Cu(100)上覆蓋紫精酸會使得較薄的Co膜其飽和磁化量與殘磁下降且矯頑力上升,但是至12 nm以上時便不受影響,然而Co/grap hene/Cu於不同電位測量時,覆蓋紫精酸並無明顯變化。此研究發現在紫精酸及石墨烯之異質介面對Co薄膜受電位控制時的磁特性有微小的變化,對於開發電控制磁性元件附有應用潛力。