物理學系
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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）。
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Item 鎳/石墨烯在條紋狀銅基板上電化學與磁特性研究(2022) 謝銘杰; Xie, Ming-Jie本實驗主要用射頻濺鍍鎳在商用石墨烯/銅基板，並利用原子力顯微鏡、磁光科爾效應儀與循環伏安法，藉以研究鎳/石墨烯結構對薄膜磁特性及電化學電位磁控制的變化。研究中發現在石墨烯上成長鎳薄膜，受到形狀異向性影響，於縱向磁化會呈現出有面上二對稱的磁化難軸與磁化易軸，並利用原子力顯微鏡發現了石墨烯/銅樣品上呈現出有規律的刻痕，而隨著鎳厚度的增加，矯頑力也隨著變大，更容易於觀察。在電化學中循環伏安法，在電化學研究中已知不同條件的樣品在化學溶液有不同的氧化還原反應，故透過循環伏安法來進行鎳/石墨烯的研究是必要的，在電化學實驗中選用20 ~ 70 nm的鎳/石墨烯/銅樣品來進行電位磁控制，在實驗中溶液為10、100 mM KCl分別加入0.1 mM HCl溶液，因此要先從中找到了氯離子的吸附、退吸附電位、鎳/銅的氧化還原電位、氫氣的反應電位，並發現溶液濃度上升會使氧化還原電位上升，其電位利用能斯特方程式計算與實驗系統數據呈現高再現性。依據循環伏安法的實驗結果，會以濃度、電位、厚度的比較來做氯離子吸附退吸附對矯頑力的影響，並且選擇了僅有氯離子的吸退附電位區間進行比較，可以從數據發現濃度改變、電位調控、氯退吸附會影響其矯頑力的變化，並且會符合其薄膜厚度Neel wall與Bloch wall的變化趨勢。Item 紅熒烯對鎳/矽(100)系統磁性與結構的影響之研究(2021) 李有庠; Li, You-Siang新興半導體材料的研究日益增長，近年來以紅熒烯為主軸的研究也相當活躍。鐵磁性材料會受紅熒烯影響而改變晶體結構，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在晶體結構以及磁域翻轉的描述有卓越的研究成果。鎳受到紅熒烯的影響，產生磁性與結構上的變化，成為本論文研究重點。本研究利用磁光柯爾效應儀、原子力顯微鏡、磁光柯爾顯微鏡、X光繞射儀、X光反射儀與X光電子能譜儀，去探討鎳/紅熒烯/矽(100)系統的結構與磁性變化。第一部分在鎳/矽(100)系統中，磁性量測矯頑力隨薄膜厚度增加的變化，矯頑力在鎳厚度28奈米時由50 Oe上升至100 Oe左右，而在鎳厚度約28奈米時透過X光繞射確認鎳薄膜開始出現了Ni(200)及Ni(220)兩個磁化難軸的晶向；第二部分分別在鎳的上方及下方加入一層紅熒烯，並從結構分析上得知鎳的晶體結構會因為紅熒烯的加入使得晶粒的增長更加明顯，並且在鎳與紅熒烯的介面層有化學鍵結的產生。而在第三部分鎳/紅熒烯/矽(100)系統中透過加入少量而不同厚度紅熒烯，觀察上層鎳薄膜的磁性變化，在加入少量紅熒烯之後，矯頑力在鎳厚度28奈米時由50 Oe巨幅上升至150 Oe左右，除了從第二部分即可得知的結構變化外，配合科爾顯微鏡以及原子力顯微鏡的測量得知表面顆粒造成的磁性缺陷也扮演著影響磁性的重要角色。Item 鎳/鈷/鉑(111)及鈷/鎳/鉑(111)系統其結構與磁性性質之研究(2006) 何慧瑩; Huei-Ying Ho本研究論文主要是利用歐傑電子能譜儀(Auger electron spectroscopy; AES)，低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction; LEED)，紫外光能譜術(ultra-violet photoemission spectroscopy; UPS)、以及磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect; MOKE) 來研究Ni/Co/Pt(111) 及Co/Ni/Pt(111) 鏡像系統其成長模式、合金形成及表面磁性的關係。 根據LEED(0,0)光束強度及AES訊號強度隨蒸鍍時間變化的關係，我們得知在室溫條件下，無論是Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 上成長(ML: monolayer)，或者是Co超薄膜在1 ML Ni/Pt(111)上成長時，都會先形成2層的層狀成長之後才開始3維的島狀成長。對此二系統而言，其升溫形成合金的過程都可被分成2階段，首先是升溫過程中，Co和Ni會先混合，然後Ni-Co混合層在更高溫時會擴散進入Pt基底，形成Ni-Co-Pt合金。其中，1-3 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統開始產生Ni與Co混合的溫度皆為420 K，此溫度與Ni覆蓋層的厚度無關；然而對1-3 ML Co/1 ML Ni/Pt(111) 系統而言，產生Ni與Co混合的溫度隨Co覆蓋層的厚度增加而升高。此二系統的Ni-Co混合層開始擴散進入Pt基底形成Ni-Co-Pt合金的溫度，皆隨著覆蓋層的厚度增加而升高。 我們同時也量測在室溫成長時，其磁性隨覆蓋層厚度變化的關係。1層至24層Ni超薄膜在1 ML Co/Pt(111) 成長時，其磁化易軸(the easy axis of the magnetization)會在垂直樣品表面的方向，具有很強的垂直磁異向性(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)；1至3層Co原子層蒸鍍在1 ML Ni/Pt(111)上，無論是垂直或者是平行樣品表面我們皆量測不到磁滯的訊號，此現象可能與Ni緩衝層阻隔了Co與Pt接觸有關。樣品經過升溫效應所產生的磁性變化其擴散過程一致。經過高溫處理過後的樣品形成了Ni-Co-Pt合金，合金的矯頑力(coercivity)大小可經由升溫時產生的合金濃度變化來控制。 根據比較1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)與1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)的實驗結果，我們發現當退火溫度(annealing temperature)介於750 K 和780 K之間時，表面合金結構會由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3，藉由計算接近居禮溫度(Curie temperature)時的值(critical exponent)，我們得知此時表面的磁性結構亦由2維磁性結構的轉變成3維磁性結構，並且，在表面合金結構由NixCo1-xPt轉變成NixCo1-xPt3之時，居禮溫度隨退火溫度升高而下降的現象變得更明顯。此外，在相同退火溫度條件下，1 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)系統的居禮溫度一直比1 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)系統的居禮溫度高，我們認為這種現象與Ni、Co的成分比有關。我們也經由研究2 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、2 ML Co/1 ML Ni/Pt(111)、12 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)、以及24 ML Ni/1 ML Co/Pt(111)等系統來探討Ni、Co的成分比對居禮溫度的影響。 另一組鏡像系統，2 ML Ni/2 ML Co/Pt(111)和2 ML Co/2 ML Ni/Pt(111)，經過退火之後，我們意外地發現樣品產生了spin reorientation transition (SRT)，這種現象在以1層Co及1層Ni當作緩衝層的系統中，完全沒有被發現過。我們認為Ni、Co的成分比及其分佈的均勻度應是造成此現象的重要因素，在本論文中我們會加以討論。Item 鎳在鍺(111)-c(2x8)及銀/鍺(111)-(√3x√3)表面上的成長(2012) 李振豪; Jhen-Hao Li在室溫下蒸鍍少量鎳原子於鍺(111)-c(2x8)重構之上，並以掃描穿隧顯微鏡觀測其在不同加熱退火溫度下的改變。隨著加熱退火溫度的提升，原先分散於樣品之上的原子團聚集並形成了四種具有不同結構的原子島。當加熱退火溫度再度提升之後，表面上的原子島全數消失，只剩下極少量不規則的原子團，推測消失的原子島已鑽入基底之下。 在鍺(111)-c(2x8)重構之上蒸鍍銀並加熱退火使樣品表面轉變為銀/鍺(111)-(√3x√3)重構後，於室溫蒸鍍少量鎳原子並以掃描穿隧顯微鏡觀測其表面結構在不同加熱退火溫度下的改變並與鎳鍺系統的實驗結果比較，STM圖像顯示銀能夠保護基底不受鎳原子的破壞，然而在加熱退火溫度提升的過程中，原子島的總體積亦隨之上升，顯示銀並無法完全阻止鎳原子與基底形成合金。而在樣品表面上發現的三種不同結構的原子島中，其中一種未曾於鎳鍺系統中發現，代表銀在此系統中起了很大的作用。Item 鎳在銀/矽(111)-(√3 × √3 )表面上聚集分布和熱力衍化的研究(2011) 張國偉蒸鍍鎳原子於銀/矽(111)-(√3×√3)表面上，變化其鍍量和溫度，並藉由STM觀測鎳原子的聚集分布和熱力衍化。固定溫度於室溫改變鍍量，鎳原子會形成鎳原子團，若鍍量大於0.2 ML，部分鎳原子團會合併形成鎳島，且鎳原子團與鎳島均隨鍍量上升而逐漸變大。 固定鍍量改變溫度，含鎳原子團在300℃以下會逐漸向銀島邊緣聚集，且於300℃逐漸形成外型為幾何形的Ni2Si-δ(2×1)島，並於200~300℃有往塊材擴散的行為，由銀島交界處鑽入裡層，使得表面鎳鍍量下降，於400℃銀原子開始退吸附，使原先被銀覆蓋住的鎳矽化合物變成NiSi2再度露出表面。 升溫至600、700℃時，銀原子已經完全退吸附，而鎳原子仍在矽(111)表面上，其表面形貌主要為，矽(111)-(7×7)、原子團、鎳矽1×1-RC和NiSi2(B)(鍍量超過1.4 ML才會出現)，並藉由STS得知，鎳矽1×1-RC的電性頗為類似N型半導體，而NiSi2(B)類似於金屬電性。Item 以鉛為介面活性劑電鍍製備Ni/Cu(111)薄膜研究(2011) 曾鈺潔; Yu-Chieh Tseng本實驗主要以鉛作為介面活性劑，藉以改變鎳在銅(111)上的成長模式以及薄膜磁特性。實驗中以電化學方式電鍍薄膜，以銅(111)為工作電極、銀/氯化銀為參考電極、白金為相對電極，實驗都在室溫下進行。將銅(111)置於 1 mM HCl + 1 mM NiCl2 水溶液中，利用循環伏安法（CV） step by step 的掃描方式，可以找出鎳成對的吸附、剝離峰電位分別為 E = -950 mV（←）和E = -480 mV（→），藉由控制循環伏安法停留在鎳的吸附電位並改變停留時間，以在銅(111)上鍍上不同厚度的鎳。在滴加少量氯化鉛溶液後，因為鉛的沉積電位在鎳之前，故可以優先沉積在銅(111)上，並與隨後沉積的鎳交換位置，藉由介面活性劑的特性以達到改善鎳成長模式的機制。在電鍍薄膜後，透過掃描穿隧式顯微鏡（STM）觀察鎳鍍在銅上的形貌大致可區分為兩類，第一類是三維島狀成長，可能是鎳銅合金的形貌；第二類是成塊堆疊的形貌，經掃描剝除電位後，仍可看到底層較難剝除的特殊結構，此亦和鎳銅合金有關。配合循環伏安法中需要多次掃描鎳的剝除電位區段才能將鎳的訊號退除，和磁光柯爾效應儀（MOKE）中磁滯訊號變化不同的現象，證實有鎳銅合金的產生。而從磁光柯爾效應儀掃描出的磁滯曲線隨層數的變化中，可觀察到不論有無加鉛，鎳在銅上的沉積皆有磁性易軸由平行膜面轉變到垂直膜面，再回到平行膜面的方向—即自旋重新排列轉變（SRT）的現象發生。最後比較有無加鉛的差異：利用掃描穿隧式顯微鏡的掃描圖計算粗糙度值，加入鉛之後的粗糙度值明顯下降，表示表面趨於平整；而從磁滯曲線中計算矯頑場與方正度，數值也比未加入鉛時高。這些證據都顯示鉛確實具有介面活性劑的功效，能有效改善鎳在銅上的成長模式，同時使該薄膜展現較佳的磁特性。Item 覆鐵或鎳薄膜在鉑針的皺化研究(2010) 洪萱臻; Syuan-Jhen Hong利用場離子顯微鏡(FIM)觀測蒸鍍鐵或鎳原子在鉑針上，加熱退火後的皺化行為。鐵鉑合金加熱退火至800～900K，有兩種金字塔稜線產生。一種為擴張的{100}、{110}及{111}切面在{351}切面的位置形成，另一種則是由{110}、{111}及{311}切面擴張，原子堆積在{231}切面形成金字塔稜線。而鎳鉑合金加熱退火至500～600K，由{110}、{111}及{311}切面擴張，在{231}的位置長成金字塔，可由FIM觀察其稜線。Item 氫、氧誘發鎳表面金字塔型單原子針尖(2009) 戴鵬哲; Peng-Che Dai本實驗利用氣體誘發與加熱退火的方式成長鐵磁性單原子針。觀察鎳在不同溫度及不同氣體的環境下加熱退火後各切面擴張的現象。當曝氫氣壓~10-7 torr並且600K加熱5 分鐘，觀察到{311}擴大的現象；接著再曝氧~10-7 torr於600K加熱5 分鐘後(110)擴張與{311}共同取代(210)而形成單原子針。 成長的單原子針依照面心立方堆積，則每層原子數為1、6、15…等，而若因成長速度差異造成(110)面缺少一層，就可觀察到每層原子數為1、3、10…的特殊面心立方堆積單原子針。Item 石墨烯作為透明導電膜之應用(2013) 陳沐谷; Mu-Ku Chen自2004年石墨烯被以膠帶機械式剝離法發現以後，這個新奇的材料風靡了整個世界，許多製備石墨烯之實驗方法也如雨後春筍般冒出，諸如機械剝離法、晶體外延生長法、化學氧化石墨還原法、化學氣相沉積法與固態裂解法，製程進步與穩定使得石墨烯應用方面亦日漸茁壯，石墨烯極為透明、可導電、優異的機械特性與可任意彎折，由於這些特性使得石墨烯被廣泛地應用於可撓式透明導電薄膜，在觸控面板、液晶顯示器、有機發光二極體與太陽能板等領域相較於目前的銦錫氧化物，石墨烯具有相當地優勢。 本實驗是以石墨筆之粉末為固態碳源，在900°C高溫下調控通入之氫氣與氬氣流量比例製備石墨烯，所製備出石墨烯品質缺陷極少，且可見光穿透率可達87%，使用10 M硝酸與10 mM四氯金酸以體積比4：1混合對石墨烯進行摻雜，使得氫氣流量比例為50%之石墨烯片電阻由800 Ω／下降至131.8 Ω／，下降幅度達80%。 於應用方面，將所製備之石墨烯當作透明導電薄膜，以最簡便的方式組裝成四線電阻式觸控面板，可達到可重複使用、可定位觸碰位置、多種彎曲程度與彎曲時重複使用等功用。 科技與人類日常生活習慣一直在互相配合改變，而石墨烯在未來消費性電子產品上的應用具有可任意彎曲之絕對優勢，此為石墨烯取代ITO成為主流透明導電膜之關鍵，提供更進步與便利的產品於我們生活之中。Item 鈷/鎳/鉑(111) 的成長與合金形成(2005) 林元祥我們利用歐傑電子能譜(Auger Electron Spectroscopy， AES)、低能電子繞射（Low Energy Electron Diffraction， LEED）、以及紫外光電子能譜術(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy， UPS)來深入探討鈷超薄膜鍍於 1ML Ni/ Pt(111) 的成長模式以及在高溫形成合金時的成份、結構變化。 室溫下，鈷薄膜鍍於1ML Ni/ Pt(111)的成長模式為兩層層狀成長之後再以三維島狀的S. K mode。由AES、LEED均能得到相同的結果。 鈷鍍在1 ML Ni/Pt(111)下，隨著鈷層數的增加，鈷、鎳混合的溫度會愈增加。鈷的層數在1 ML、2 ML、3 ML時，其鈷鎳混合溫度分別為420 K、500 K、600 K。混合後鈷與鎳會一起往白金擴散，層數愈高，往白金擴散的溫度也跟著愈高。依鈷層數1 ML、2 ML、3 ML，往白金擴散的溫度為580 K、600 K、700 K。 在1ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在經過退火效應後，LEED繞射圖形在573 Ｋ前為（1×1）周圍有六角衛星點，超過573 K時六角衛星點便會消失，而在639 Ｋ時(1×1)周圍又出現了更小的三對稱衛星點，798 K時衛星點消失，剩下(1×1)的繞射亮點。 在2ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在經過退火效應後，LEED繞射圖形在513 K以前（1×1）周圍皆有六角衛星點，過了513 K六角衛星點消失，剩下（1×1）的繞射亮點。 UPS的分析中，2ML Co/ 1ML Ni/ Pt(111)系統在升溫至598 K以上，出現明顯的變化，此與AES中鈷、鎳往白金擴散的溫度相呼應。