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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    以電化學方法製備之Ni/Cu(100)薄膜的磁性研究
    (2009) 王穎潔; Wang Ying-Chieh
    本實驗利用電化學電鍍方式在單晶銅(100)電極上成長鎳薄膜,同時使用循環伏安法(Cyclic Voltammetry)、電化學磁光柯爾效應系統(EC-MOKE)、電化學掃描式電子穿隧顯微鏡(EC-STM)來研究單晶銅(100)上所成長鎳薄膜的表面特性與磁特性。 實驗使用銀當作電化學參考電極,此電極屬於pseudo-reference electrode,其電位利用能士特方程式計算與文獻參考比較結果,與標準氫電極電位差大約是+87~130 mV 之間。經過多次實驗測試,在本實驗系統中數據呈現高再現性。以循環伏安法檢測,單晶銅(100)電極在1 mM HCl電解液中電化學過程,發現電流成對峰值:銅溶解與銅沉積,往陰極方向加大範圍掃描,-800 mV(vs Ag)開始有氫氣產生反應(質子還原:H++e-→1/2H2)出現。加入鎳的電解液1 mM HCl+1 mM NiCl2則出現另外一個成對峰值分別在-1200 mV與-400 mV,實驗數據顯現此對峰之間相關性甚大,推測是鎳的吸附(Ni2++2e-→Ni)與退吸附(Ni→Ni2++2e-)反應。選擇在-1200 mV電位下電鍍鎳,控制電鍍時間以製造不同鎳膜厚度,透過積分CV圖的鎳退吸附峰算出電荷量和已知電鍍面積(0.292 cm2)可分析沉積鎳的膜厚。電解液裡的氯離子會修飾銅(100)電極表面,透過STM掃描圖像可以觀察到銅(100)表面直角台階的特徵。 電鍍鎳/銅(100)磁性行為主要分成四部分結論:(1)在1.52 ML以下沒有磁性原因是電鍍鎳量很少又加上氫氣產生的效應。 (2)在2.47~7.05 ML認為是磁異向能的轉換,易軸變成Polar方向,表示有垂直磁異向能出現,與UHV系統有相同的現象發生。 (3)在13.4 ML~29.0 ML之間的磁化易軸變成平行樣品表面,趨向塊材現象以形狀異向性為主要因素。隨著厚度增加殘磁逐漸變大,因此越厚的鎳層需要更大能量才能磁化。 (4)鎳退吸附後In-situ量測L-MOKE還有磁性的現象是在13.4 ML以上才有,推測是電鍍厚度越厚,水溶液離子數變少,使得水溶液導電度不夠無法將鎳退吸附掉。
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    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。