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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    脈衝雷射蒸鍍法製備氧化銪鋅薄膜之探討: 結構、光學、電性與磁性研究
    (2023) 魏煒倫; Wei, Wei-Lon
    本論文利用脈衝雷射沉積法在c方向的單晶藍寶石基板上沉積氧化銪鋅(Eu:ZnO)薄膜,摻雜比例為0-4.0 at.%,薄膜厚度控制在150 nm,之後檢測薄膜樣品的結構、光學、電性以及磁性。X光繞射光譜中在角度2θ = 31°-45°,我們只觀測到ZnO以及基板的特徵峰,確認了Eu成功摻雜進ZnO且沒有雜晶相。c軸常數隨摻雜比例提升從在5.21 Å降至5.18 Å,推測與電荷補償機制有關(2Eu3+ → 3Zn2+ + VZn);晶粒尺寸與摻雜比例沒有明顯趨勢,晶粒尺寸在163-183 Å。光致螢光光譜的結果顯示Eu摻雜使得整體螢光強度下降、近能隙3.3 eV峰值訊號變寬,經分析後可推斷Eu:ZnO薄膜具有鋅間隙、鋅空缺、氧空缺、氧間隙等等的缺陷,隨著摻雜比例上升,缺陷和Eu 4f-4f軌域躍遷5D0-7F2逐漸主導螢光,當摻雜比例達到4.0 %時,可以觀察到5D0-7F1、5D0-7F0的螢光。在電性分析中,薄膜載子遷移率隨著摻雜比例上升從23 cm2/Vs降至0.1-1.0 cm2/Vs,推測與摻雜所產生的缺陷有關,缺陷變得更多、應力變大,形成更多的晶粒邊界使得電子容易被散射。在0、0.5、1.0 %摻雜比例的薄膜樣品,電阻率約在0.1 Ω⋅cm,載子濃度在1.0 %的薄膜樣品達到最大值32×10^18 cm-3,意味著少量摻雜可以改變、甚至促進薄膜電性,而當摻雜比例超過2.0 %時,電阻率急遽上升至1-10 Ω⋅cm、載子濃度則在3-5×10^18 cm-3。我們從磁光法拉第光譜觀察到薄膜樣品的法拉第旋轉角與外加磁場呈線性關係,並且薄膜的法拉第旋轉強度在近能隙的波長(340、350 nm)會有較強的響應,並且有Eu摻雜的樣品比無摻雜樣品具有更強的旋轉角強度,歸因於Eu摻雜帶來額外電子,達到增幅磁光效應的效果。磁性分析中,所有薄膜樣品在室溫下呈現順磁性,樣品磁矩在外加磁場達到1500 Oe後皆達到飽和。飽和磁化強度隨著摻雜比例上升有趨近飽和的趨勢,從7 emu/cm-3增加到13.7 emu/cm-3。
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    含硒之錳金屬與含碲之鉻金屬羰基團簇化合物之合成、物性、化性與半導體性質之探討
    (2022) 李彩岑; Li, Cai-Cen
    Se−Mn−CO 系統 順磁性含硒之六錳團簇物 [{Se5Mn3(CO)9}2]4‒ [(1)2] 可經由硒粉末和 Mn2(CO)10 在 KOH/MeOH/MeCN 溶液中以 40 oC 一鍋化反應合成。(1)2 可視為由中央 Se‒Se 鍵橋接兩個 [Se5Mn3(CO)9] 片段的二聚體。當合成溫度升至 90 oC 時,發現化合物 (1)2 將熱裂解形成其自由基單體團簇物 [Se5Mn3(CO)9]•2‒ (1),並通過高解析質譜及元素分析得相關證據。基於超導量子干涉裝置 (SQUID) 分析,其結果顯示化合物 [PPN]2[1] 在 300 K 時之有效磁矩 (μeff) 為 3.88 μB,為一四重自旋態 S = 3/2 (quartet spin state) 之物種。值得注意的是,自由基團簇物 1 的 100 K 電子順磁共振 (EPR) 光譜包含 Mn 超精細分裂和 Se 自由基信號,表明 μ-Se 自由基特徵。化合物 1 以高濃度溶於 MeCN 時 Se 自由基可自聚 (self-dimerization) 形成 (1)2,也可以被 (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPO) 捕獲並形成 TEMPO 加成物,[Se5Mn3(CO)9(TEMPO)]2‒ (1-TEMPO)。有趣的是,在室溫下利用二溴化烷衍生物 (CH2)nBr2 (n = 1, 2) 與 1 和 (1)2 反應可發現不同的反應模式。化合物 1 可形成 CH2 或 Se 片段插入於 Se8Mn4 的順磁團簇物 (S = 1),[(μ4-Se2)(μ-Se2LSe)2Mn4(CO)12]2‒ (L = CH2, 2-CH2; Se, 2-Se),而 (1)2 則形成 Se10Mn6 基底之 (CH2)nBr 官能化逆磁性團簇物 [Se10Mn6(CO)18((CH2)nBr)2]2‒ (n = 1, (1)2-CH2Br; 2, (1)2-(CH2)2Br)。此外,這些高核數 Se‒Mn‒CO 團簇物具有豐富的氧化還原特性並且在固態下呈現 CO 誘導的半導體行為,具低且可調控的光學能隙 (1.50‒1.94 eV)。這罕見的半導體性質主要來自團簇物於固態時具非典型的氫鍵 C‒H (苯基) ···O (羰基) 弱作用力,使其達成有效的電子傳輸。此系列化合物有趣的結構及不尋常的磁性表現可通經由 DFT 計算加以佐證。  Te−Cr−CO 系統 羰基碲化鉻團簇物 [Te7Cr4(CO)14]4‒ (1) 和 [Te7Cr6(CO)20]4‒ (2) 由 TeO2、Cr(CO)6 和 Et4NBr 分別在 1 M 的 KOH/MeOH/MeCN 溶液以45 oC 或 1.5 M 的 KOH/MeOH/n-Hexane 溶液中以 80 oC 一鍋化的方式合成。四鉻化合物 1 由兩個 Cr(CO)3 和兩個 Cr(CO)4 片段通過一個 μ4-η1,η1,η1,η1-Te2 和一個 μ4-η1,η2,η1,η2-Te5 連接,因此化合物 1 可被視為具有兩個 Te4Cr 和四個 Te3Cr2 五員環的三橋接扭曲立方體 (tris-homocubane) 化合物。至於六鉻化合物 2,為四個 Cr(CO)3 和兩個 Cr(CO)4 片段以一個 μ4-η1,η1,η1,η1-Te2、一個 μ6-η1,η1,η1,η1,η1,η1-Te3 和兩個 μ3-η1,η1,η1,-Te 片段連接形成一個籠狀化合物,可視為六個 Te3Cr2 五員環和兩個 Te2Cr2 四環組合而成。這些電子精確 (electron precise) 的化合物 1 和 2 在室溫下表現出不尋常的順磁性 (S = 1),並通過 SQUID、EPR 和 DFT 計算進一步研究。此外,差分脈衝伏安法 (DPV) 顯示化合物 1 和 2 皆具有接近 0 V 的氧化峰,這意味著這些配合物可能具有氧化特性。當化合物 2 與金屬氧化劑 [Cu(MeCN)4]+ 反應時,獲得中等產率嵌入銅的籠形配位化合物 [Cu@Te7Cr6(CO)20]3‒ (Cu@2) 及 [Cu2@Te7Cr6(CO)20]2‒ (Cu2@2)。其中 Cu 原子被嵌在 Te7Cr6 籠狀骨架中,並通過高解析質譜及元素分析檢測得相關證據。此外,藉由 DFT 理論計算進一步研究 Cu@2 的結構、電化學和順磁性質。
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    氧化鈥鋅/氧化鋅雙層膜結構之物性研究
    (2014) 莊桓嘉; Chuang Huan-Chia
    本論文以脈衝雷射蒸鍍法於c平面藍寶石基板上先沉積一層氧化鋅緩衝層,再鍍上一層氧化鈥鋅薄膜,探討緩衝層在不同溫度、厚度下對氧化鈥鋅薄膜的影響。 以X光繞射檢測結果顯示我們的氧化鈥鋅薄膜為c軸取向,沒有發現任何其他結晶相。且在參雜高濃度鈥元素時引入氧化鋅緩衝層有助於氧化鈥鋅薄膜品質的提升。以PL檢測結果主要的缺陷發光有鋅空缺和鋅間隙,且隨著樣品檢測溫度的降低薄膜發光有增強的趨勢。SQUID檢測結果顯示氧化鈥鋅薄膜在室溫和T=5K時皆為順磁性。