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 鐵/銥應變能與銀/石墨烯/鈷/銥異向能探討與磁性研究(2019) 謝振源; Hsieh, Chen-Yuan本論文包含兩個研究系統，一個是鐵/銥(111)系統，另一個是銀/石墨烯 /鈷/銥(111)系統。在鐵/銥系統研究中，根據磁光柯爾效應儀量測的結果， 當鐵薄膜厚度為三個原子層時，系統呈現非鐵磁性的行為，當鐵薄膜厚度 大於三個原子層後，磁光柯爾效應儀才量測到磁滯現象，並且磁化強度會 隨著薄膜厚度增加而呈線性增加。搭配低能量電子繞射儀的實驗結果，鐵 薄膜厚度在三個原子層以內時，繞射亮點的圖形是1 × 1結構，代表此時鐵 薄膜為面心立方結構，而隨著鐵薄膜厚度大於三個原子層時，在原來繞射 亮點的附近出現衛星亮點，這樣的結構是 Kurdjumov-Sachs 組織，即體心 立方(110)與面心立方(111)重疊的結構。由於結構上有所變化，而這變化在 一般情況下會是一個連續變化，所以系統結構會有一定的伸張或收縮，故 利用應變能計算做為理論模型，發現當系統累積的應變能大於鐵的面心立 方結構之表面自由能時，鐵薄膜無法再繼續成長面心立方結構，此時結構 的成長會變回塊材應有的體心立方結構。 在銀/石墨烯/鈷/銥系統研究中，利用歐傑電子能譜儀量測各層的歐傑 訊號，繪製出不同結構對歐傑訊號圖，來判斷銀和石墨烯經由熱退火後會 移到鈷薄膜的上方。而由於電子在移動的時候會因為非彈性碰撞有所影響， 故利用歐傑電子能譜儀量測到的鈷歐傑訊號做模擬，發現鈷薄膜到七個原 子層都還是層狀結構，因為石墨烯與非磁性覆蓋層接觸會改變異向能，故 利用磁光柯爾效應儀量測系統磁性，發現鈷薄膜的垂直磁化層厚度增加， 並利用異向能計算公式發現介面異向能從沒有銀的 1.59 mJ/m2 提升為 3.12 mJ/m2。希望從異向能提升來推測整個系統是具備 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction，故將利用計算出的異向能數值帶入出 Dzyaloshinskii−Moriya interaction 造成的局部反向場的方程式進行計算，在計算的過程中得到上 下 介 面 的 Dzyaloshinskii−Moriya 密度值 ， 建 構 出 不 同 厚 度 下 Dzyaloshinskii−Moriya Interaction 造成的局部反向場的數值變化。 期望能藉由各項數值計算來量化不同情況下的系統並搭配實驗結果來推演 至其它系統上，且提供預期系統會有何種物理現象的一個計算管道。在結構出 現應變的系統上，利用應變能計算將結構轉變的厚度計算出來，在磁性系 統中，利用異向能計算得出垂直磁化層數，並搭配 DMI 計算，將系統磁性 要考慮的因素納入，完善磁性薄膜的理論計算。Item 三維二聚體化自旋二分之一量子反鐵磁之倪耳溫度與交錯磁化密度的普適性比尺關係(2019) 譚登瑞; Tan, Deng-Ruei本論文使用蒙地卡羅模擬對三維二聚體化自旋 1/2 反鐵磁海森堡模型做研究計算，其中使用非常有效率的隨機數列展開演算法，並且從適當的物理量和分析方法來計算倪耳溫度 $T_N$、交錯磁化密度 $M_s$ 和 $T^{\star}$。在不同的非無序的三維二聚體化自旋 1/2 海森堡模型中，先前文獻上的理論計算發現了 $T_N$ 和基態的 $M_s$ 存在著 3 個普適性比尺關係，有些也和 $\textrm{TlCuCl}_3$ 的實驗結果相符。這篇論文研究已發現的普適性比尺關係在無序模型上是否成立，並且考慮其他不同的非無序二聚體化海森堡模型。我們的計算結果不但確認普適性比尺關係在無序系統依然成立，還發現其中 2 個普適性比尺關係可以根據晶格點上的自旋與周圍自旋有較強自旋耦合的總數來做分類。Item 因奈米級侷限水膜誘發電洞摻雜的單層石墨烯於二氧化矽基板表面的奈米級摩擦力學之特性(2019) 朱恩德; Chu, En-De我們研究了因奈米級侷限水膜誘發電洞摻雜的單層石墨烯於二氧化矽基板表面的奈米級摩擦力學性質。我們利用原子力顯微鏡量測電洞摻雜的表面電位以及表面摩擦大小時，並且在表面電位圖與摩擦訊號圖觀察到因奈米級水膜存在而形成的多邊形區域，而且多邊形區域比其四周區域擁有較高的表面電位以及較大的摩擦訊號。存在於單層石墨烯與二氧化矽基板間的的奈米級水膜會使單層石墨烯的電洞摻雜效應，因而產生帶正電且親水性的表面。而親水性的表面則有利於大氣中水分子吸附。因此，當我們在量測摩擦力過程時，針尖與單層石墨烯表面間有奈米級毛細水橋的形成，導致表面的摩擦力與表面吸附力的增加。此外，由於不同表面的濕潤性質，我們分別在多邊形區域內外發現摩擦力對速率關係呈現正相關與負相關。未來，我們若是能調控單層石墨烯與粗糙二氧化矽基板之間奈米級水膜的數量或是液體分子的極性，則可進一步操控單層石墨烯表面摩擦特性。我們的實驗結果將可能應用於微奈米機電系統中的元件中。Item 電極與 NbSe2 機械振盪器的交互作用(2019) 李冠霆; Li, Guan-Ting本文將介紹如何使用電極控制機械振盪器 (mechanical oscillator)，並且介紹機械振盪器的製程。我們是使用一種過渡金屬二硫族的化合物 (transition metal dichalcogenides , TMDs) 二硒化鈮 (Niobium Diselenide , NbSe2) 作為機械振盪器的主體，我們可以利用二維的 NbSe_2 來提供機械振盪器所需要的鼓膜性質，並觀察電壓源對於薄膜的改變與控制，於實驗上我們可以藉由交流電頻率的改變找出薄膜的本徵頻率，也可以使用直流電壓源的改變控制本徵頻率展生變化。 晶片製程方面則由Design CAD設計，並利用電子束微影與熱蒸鍍製作電路與光阻空腔，機械振盪器所需之晶片電路，在材料方面經由聚二甲基矽氧烷 (Polydimethylsiloxane , PDMS) 作為媒介，使用機械剝離法剝離出二維的 NbSe2，並用乾式轉印法將 NbSe2轉印到晶片上。並透過電性量測來得知樣品在電晶體上保持良好的特性，最後使用共軛焦雷射掃描顯微鏡與向量網路分析儀觀測其 鼓膜振盪之本徵頻率與共振頻率，並用Comsol做為理論模擬，印證實驗結果。Item 轉錄對於大腸桿菌內多套數質體聚集行為的影響(2019) 葉懷澤; Ye, Huai-Ze多套數的質體在大腸桿菌內並非隨機分佈於整個細胞，而在特定位置存在著 群集(聚類)。根據先前研究，其聚類原因可能來自轉錄造成。我們以單分子追蹤 與影像分析來觀察質體聚類行為，在單分子追蹤實驗，藉由螢光顏色區分，在質 體群集中限定一螢光標記質體為單一質體，並觀察單一質體的動態行為。我們使 用多套數質體 ColE1 的衍生質體 pBR322 做為實驗對象，並設計兩組具有相同複 製起點，但不同螢光抑制操作系統(Fluorescent repressor operator system)標記的質 體，並將兩種不同的質體植入到 BW25113。且使用抑制操作配對(PhlF-PphlF)作為 RNAII 的調控，以達到複製質體數量控管;另外，為了抑制轉錄行為，我們亦使 用了抑制操作配對(QacR-PqacR)作為抗藥性基因轉錄行為調控的手段。總而言之， 我們的研究表明多套數質體的確會受到轉錄行為抑制而導致聚類行為減弱甚至 消失。Item 溫度與氧壓對氧化鋅摻雜釓的光學性質與磁性影響(2019) 姚壬茨; Yao, Ren-Ci本論文利用脈衝雷射蒸鍍法(PLD)在c方向的單晶藍寶石基板上製備150 nm厚的氧化鋅(ZnO)與氧化釓鋅(ZnGdO)，並探討薄膜鍍膜速率、薄膜的結構特性、光學性質及磁性的和基板溫度、鍍膜氧壓關係。薄膜的製備條件PLD單位面積雷射能量為2.5 J/cm2，鍍膜氧壓分別為3×10-1 mbar與3×10-2 mbar，釓的摻雜比例為5 at.%，鍍膜溫度為室溫到750 ℃。 X光繞射及拉曼散射光譜顯示薄膜並沒有雜質或其他晶相產生，表示釓成功的取代氧化鋅。鍍膜溫度在750℃時，薄膜結晶品質最好，其中氧化鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓為3×10-1 mbar，氧化釓鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓則為3×10-2mbar。在最佳鍍膜條件下，氧化鋅和氧化釓鋅薄膜的晶粒大小分別為31.82 nm、16.87 nm；拉曼光譜也出現E2L-B1H特徵峰。 螢光光譜顯示氧化鋅與氧化釓鋅薄膜皆可觀察到近能隙發光，而氧化鋅薄膜主要來自鋅間隙、鋅空闕的缺陷發光；氧化釓鋅主要來自鋅間隙、鋅空缺和氧空缺的缺陷發光。超導量子干涉磁量儀測量結果顯示氧化鋅薄膜與氧化釓鋅皆為順磁性，飽和磁矩隨著鍍膜溫度下降而上升，有摻雜釓的氧化鋅的磁矩較氧化鋅高。飽和磁矩的來源除了摻雜的釓原子，還包含薄膜中的缺陷，但這些缺陷並沒有辦法增強耦合交互作用，因此雖然摻雜5 %的釓仍為順磁性，沒有變成鐵磁性。Item 鍶釕氧超導體的庫柏電子對對稱性及傳輸性質(2003) 高銘佐; Ming-Tso Kao超導能隙結構，特別是能隙結點的方向，是了解非傳統超導體的庫柏電子對機制的重要課題。在本論文中，我們以傳輸性質的觀點（熱傳導及超聲波衰減）檢驗了鍶釕氧超導體的有序參數對稱性。我們考慮了鍶釕氧的三個能帶，來分析目前的重要模型。為了研究電子-聲子交互作用的各向異性如何影響超聲波衰減，我們也推導了適當的算式。相關的計算還在進行中，將會在爾後提出。Item 中小學生等速度運動概念學習研究－變速度運動之自我協調法(2003) 廖鴻禧摘 要 本研究的主要目的是利用學生在加速度運動概念的相關能力當作探究活動，等速度運動概念當作前、後測，瞭解學生在加速度運動概念的相關能力對其等速度運動概念相關能力發展的影響，診斷的內容有三： （1）位移組合概念的發展； （2）等速度運動概念的發展； （3）加速度運動概念的發展，並對學生各概念間的相關性進行分 析，以瞭解各種不同認知能力的學生，在做完探究活動後，等速度運動概念發展的情形。 本研究是以群測法的方式進行，將一個班級分為實驗組（有做探究活動）與對照組（未做探究活動），研究的對象為國小五年級至國中三年級，包括國小學生64人，國中學生267人，共331人。根據研究的結果，有以下幾點發現： （一） 認知能力約在前操作期的學生思考推理的能力是屬於單向的，處理問題時只能依某一個角度來思考，在等速度運動概念的發展上，有一半以上的學生只知道利用時間或是距離其中單一個因素來判斷速度的快慢。到了具體操作期，開始發展出可逆性的思想操作，有大部分的學生會同時利用時間、距離來判斷速度，但是只有少部分可以達到等速度運動概念的最高階層。發展到了形式操作期，學生開始能夠進行抽象的思考，便有將近一半的學生可以到達最高階層。 （二） 有做探究活動學生的等速度運動概念階層提升率比未做探究活動者高，其中以能夠體會並測量出來"越滾越快的鋼珠，滾過相同距離，時間會越來越短；滾過相同時間，距離會越來越長"的學生提升率最高。 （三） 對於中、小學生而言，懂得 "加速度運動時，在相同的距離下，時間會越來越短；在相同的時間間隔下，距離會越來越長"，與 "物體在等速度運動時，同時測量距離與時間來決定物體的快慢"，這兩種運動概念能力的發展時間是很接近的。我們發現利用加速度運動概念的相關能力當作探究活動，對於已懂得同時利用時間、距離來判斷速度快慢的學生而言，他們的等速度運動概念發展是最有幫助。 （四） 對於在前測時判斷速度的快慢是利用距離、時間單一因素的學生而言，在探究活動中，也就不會同時處理速度、時間與距離的關係，所以後測時不會達到等速度運動概念的最高階層。 （五） 利用加速度運動概念的相關能力當作探究活動，對於各種不同認知能力階層的學生而言，以形式操作期學生的等速度運動概念進步最大。 從本研究得到的結果，我們可以清楚的發現，因為兩種相關能力發展時間很接近，利用其中一種當作探究活動，給予認知衝突的機會，會有助於另一種概念階層的發展，對於等速度運動概念發展的教學，提供一個更有利的教學方式。Item 中小學生等速度運動概念學習研究－不同速度時間分段之自我協調法(2003) 蔡夙珮I 摘要 本研究主要是利用紙筆群測的方法，先去了解學生等速度運動概念發展的情況，藉 由了解學生的思考特性後，再根據認知衝突、具體操作實驗等學理設計學習活動。透過 此活動，藉由認知衝突，讓學生體會自己原有想法有問題，進而同化、協調產生新的概 念。 本研究報告包含兩部份：其一是有關等速度運動概念自我協調學習活動的設計； 其二是分析有關等速度運動概念自我協調學習特性及效果分析。本研究共取樣488 位學 生，其中包括國小學童99 位，國中學生389 位。其中作為實驗組學生有235 位，對照 組學生有253 位。根據研究結果主要的發現有： 1. 位移組合概念階層Ａ的學生，其認知能力發展只有前操作期，思考推理的能力不具 可逆性，處理問題亦只注意到單一層面，所以多以時間或距離單一因素來決定快慢。 位移組合概念階層B 的學生，其認知能力發展開始進入具體操作期前期，開始有可 逆性的思考操作，面對問題也不再只注意到某一角度，所以學生已開始注意到快慢 是須要考量距離和時間兩個因素的。位移組合概念階層C 的學生，其認知能力發展 達具體操作期，具備整體的、協調的、可逆的思考結構，並且具備了各種守恆概念， 對於快慢的考量可以利用定性的方法去判別。位移組合階層D 的學生，其認知能力 發展約可到達形式操作期，學生具有抽象的邏輯思考、比例推理能力，對於快慢的 考量可以定量的利用〞速度=距離÷時間〞去判別。 2. 本研究所設計的學習活動對於位移組合概念在階層C 及D(具體操作期後期及形式操 作期)的學生，學習效果明顯。因為位移組合概念階層C 的學生，其運動守恆概念發 展已成熟，加上此階層的學生已進入具體操作期，思考操作具有可逆性。 3. 對於位移組合概念階層較低的學生，越不具有可逆的思想操作，面對問題只注意事 物的單一層面，缺乏運動守恆概念，數學比例運算、抽象邏輯推理思考等能力也缺 乏，他們並不具備學會等速度運動概念最高層次的能力。Item 直線與圓周運動概感發展的相關性研究(2003) 胡育秀摘要 運動速率在中學階段是很重要的課程之一，然而大部份的學生都是靠記 憶、背誦公式及技術性的練習來學習的，能真正瞭解運動速率的定義或具有正 確運動概念者的比例並不是很高，這種情形可用皮亞傑的認知發展理論來解 釋，也就是學生心智還未發展到某一成熟的階段時，是無法理解比它更高層級 的概念，所以會有互相混淆或分辨不清的情況，必須等待其發展成熟後才能建 立正確的知識概念。 本研究的內容包含：一、直線運動與圓周運動概念發展的相關性。二、探 討圓周運動比直線運動困難的原因。三、由圓周運動等時性概念和位移組合概 念的相關性，比較其心智發展的階層與在運動概念層次表現的關係。研究的方 法是以一對一個別訪談的方式，測試的案例共有223 位國中小學生。 研究的主要發現有： 1.圓周運動概念比直線運動概念的層次高，直線運動的層次中沒有超越圓周運 動層次的，即使是在相同層級，直線運動概念能達到圓周運動概念相同層次 的比例並不高。 2.圓周運動比直線運動困難的原因，皮亞傑提出運動概念的發展與時間概念的 發展幾乎是同時進行的，而運動概念的發展會與空間位置有著密不可分的關 係，此外同時性概念、等時性概念、時間與空間的同調性概念都會影響其在 圓周運動的表現，也就是時間與空間的相配對在二維空間自然比一維空間困 難許多。 3.圓周運動的概念層次是符合認知發展的先後順序，在圓周運動等時性概念與 位移組合概念的相關聯立表中發現，圓周運動概念的階層是符合認知發展的 先後順序，其能力是不能逾越他所表現的階層的。 4.圓周運動易混淆的概念及可產生認知衝突之處，圓盤在同時走同時停的情況 比不停地在轉更容易判斷其等時性，圓盤放兩個標竿比一個標竿更能幫助其 判斷所轉的圈數，此為具體操作期和形式操作期的階層，有很明顯不同的表 現。 此研究的結果，期望能給教師在教學及教材設計上能針對學生的認知能 力，找出學生易混淆的概念，以較低層次的教學模式，使學生產生認知衝突並 能自我協調而達到學習的效果。