理學院

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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。

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    鐵鈀合金在石墨烯上的表面形貌與磁性
    (2022) 尹浚翰; Yin, Chun-Han
    近年來石墨烯由於其較長的自旋散射距離,成為自旋電子學中備受關注的二維材料之一,為了解決CVD製成的大範圍單層石墨烯,因電極與石墨烯間的接觸電阻,使得其傳輸自旋電子流的效果不佳,因此如何提高自旋電子注入效率成為主要研究目標。較佳的做法為使用磁性材料當作電極,磁化後並注入電流以提高自旋電子注入效率。本研究著重於了解鐵鈀合金在石墨烯上的磁性表現與表面形貌,作為往後工業應用上的基礎。本研究使用原子力顯微鏡的接觸模式,清理轉印過後石墨烯上的殘留顆粒,發現鐵鈀合金在清理過後的石墨烯上表面粗糙度僅有些微下降,而矯頑場上升約5 Oe。此外在分析不同厚度的鐵鈀合金在石墨烯上的表面形貌及磁性表現後,發現在厚度較低時鐵鈀合金的成長模式對於基板材料相當敏感,而當鐵鈀合金厚度為8 nm時表現趨於穩定。根據以上結果進一步製作元件以量測其磁阻,發現石墨烯對於鐵鈀合金的磁阻表現也有相當程度的影響,其磁阻變化率下降10倍。這些結果將有助於未來對於石墨烯和磁性材料異質結構的研究發展。
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    鈣鈦礦與鐵磁層交互作用與磁阻元件製作
    (2021) 吳柄村; Wu, Bing-Tsun
    在先前的研究中,我們發現在FePd薄膜上成長的MAPbBr3會是離散圓盤狀的鈣鈦礦,對於製作元件來說這會導致裸露的FePd薄膜讓電子直接短路,於是在本研究中我們利用了氧化鋁(AlOx)作為插層,在鈣鈦礦MAPbBr3與鐵磁層Co和Fe中間插入AlOx薄膜,成功成長出連續性且均勻的MAPbBr3薄膜,根據原子力顯微鏡顯示其粗糙度約為15 nm,磁光柯爾顯微鏡的結果也顯示出旋塗上MAPbBr3薄膜不會對下方鐵磁層磁性有所影響。在近期的研究顯示出CsPbBr3相對於MAPbBr3具有較高的熱穩定性,且我們發現CsPbBr3旋塗於金屬層上為連續均勻的薄膜。根據上述的結果,鈣鈦礦CsPbBr3可能具有高的應用潛力。因此我們對於CsPbBr3與鐵磁層的交互作用進行研究。我們在方格陣列Co薄膜厚度分別為6 nm、10 nm、12 nm與16 nm旋塗上CsPbBr3,此四種樣品在旋塗CsPbBr3前後的矯頑場均無改變,接著觀察到6 nm與10 nm樣品的矯頑場會隨著第一次雷射光照射的時間有逐漸降低的趨勢,其中10 nm的樣品在照射24分鐘後會量測不到磁性,然後在關閉雷射後放置一小時並再次照光30分鐘後,此時的矯頑場會提升至74.5 Oe,而12 nm與16 nm的樣品則有相反的現象,在雷射光照射下,樣品的矯頑場會隨著雷射照射時間有逐漸增加的趨勢,其中12 nm的樣品在照射28分鐘後會量測不到磁性,而在關閉雷射一段時間後矯頑場會提升至150 Oe,從結果也能發現當雷射光照射時,如果矯頑場有變化且磁性還能被量測到的樣品,在放置一段時間後,矯頑場並不會有回復的特性,根據原子力顯微鏡也能觀察到當給予兩次30分鐘的雷射照光時,粗糙度會從17.9 nm提升至22 nm與27.6 nm。因此,我們推測藍光雷射的照射會改變CsPbBr3的特性,同時也會改變下方的磁性金屬層。
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    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。
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    利用柯爾磁光效應與磁電阻研究電鍍Co/Cu多層膜
    (2013) 魏佳瑜; Chia-Yu Wei
    以電鍍法製備Co/Cu多層膜,並分成四個部分討論基板、初始電鍍電位、緩衝液硼酸以及電鍍時間對Co/Cu多層膜磁性質的影響。主要藉由原子力顯微鏡(AFM)觀察其表面形貌以及粗糙度,柯爾磁光效應(MOKE)所得到的磁滯曲線判斷在外加磁場下磁矩的翻轉情形,以及利用磁阻(MR)變化率和圖形分析影響磁阻的機制並推測其多層膜內部的組成形式。最後一部分由XRD數據分析電鍍Co/Cu多層膜是否具有結構。 本實驗以定電位模式(銅:-0.4V,鈷:-0.9V),硫酸系電鍍液沉積Co/Cu多層膜。 第一部分:討論基板(ITO/Cu和Si/Cu)以及第一層電鍍層(Co層和Cu層)對磁性質的影響。基板為ITO/Cu的導電層較厚且表面粗糙度比Si/Cu大,使其鍍率較高、MR變化率較低。而第一層電鍍層為Co層的樣品不論層數增加多少,均不影響其磁性質;第一層電鍍層為Cu的樣品隨著層數增加,粗糙度和矯頑場上升,但粗糙度增加至6nm後呈現穩定震盪的趨勢且矯頑場大幅下降,而MR變化主要來自巨磁阻(GMR)效應,隨多層膜層數增加而上升。 第二部分:電鍍液加入硼酸後,樣品表面顆粒明顯變小,對外加磁場的靈敏度增加,飽和磁場與矯頑場大幅下降,MR變化主要由GMRSPM效應貢獻。 第三部分:增加第一層電鍍Cu層的時間,大量消耗電極附近的Cu離子濃度,造成層狀結構不明顯,Cu層不連續,Co偏向以塊材形式生長,矯頑場與MR變化率不隨層數變化。 第四部分:從XRD數據討論電鍍Co單層與Co/Cu多層膜是否具有結構。Co(100)和Cu(100)的訊號峰幾乎重疊造成判斷不易,但可從MOKE量測發現微弱的四重對稱性。若Co層厚度增加,Co傾向排列成hcp的結構。 關鍵字:電鍍、磁阻、磁光效應、多層膜
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    鎳鈀多層膜中的自旋霍爾效應與磁鄰近效應
    (2015) 高銘儀; Kao, Ming-Yi
    磁性材料的電阻率會隨著磁場與電流的夾角不同而改變;例如在鐵、鈷、鎳等純元素金屬中,磁場平行於電流方向時其電阻會大於磁場垂直於電流方向的電阻,此效應稱為異向性磁阻(Anisotropy Magnetoresistance, AMR);當材料是薄膜形式時,在磁場垂直於電流方向部分,又可以分為垂直於膜面(Perpendicular)以及平行於膜面(Transverse)兩種,因為幾何尺寸效應,平行於膜面的電阻率會大於垂直於膜面的電阻率。近幾年的研究中,曾經在釔鐵石榴石(yttrium iron garnet, YIG)上長Pt發現了縱向電阻率與垂直於膜面電阻率大於平行於膜面電阻率( )的現象,與以往的異向性磁阻現象不同。為了解釋這樣的現象,有兩種不同的方式被提出:其一是因為Pt很接近Stoner準則,因此Pt會被誘導出磁性,而Pt層的磁阻貢獻便會產生這樣的現象,稱之為混合式磁阻(Hybrid MR)或是磁鄰近效應磁阻(Proximity MR),而另一種理論則是認為因為Pt會因為自旋霍爾效應產生自旋流,自旋流會因為磁性層的磁矩方向不同而在介面上穿透或反射,因此影響電阻率,這樣的行為稱為自旋霍爾效應磁阻(Spin Hall Magnetoresistance)。我們實驗室過去發現了在Pt/Ni以及Pd/Ni的多層膜結構中,有 的異常現象,在此研究中確認此現象必須在Ni層夠薄,以及Pd夠厚的情形才會發生,並且此結果跟溫度是相關的;此外將樣品退火過後也發生了異常 的行為,當材料改變為Ta/Ni作為對照組時,行為與傳統異向性磁阻一致;根據數據,這些異常的結果,是同時跟自旋霍爾效應磁阻以及磁鄰近效應磁阻有關的。