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同步輻射研究在材料科學的應用與發展

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同步輻射研究於能源材料科學的應用與發展

在環保意識抬頭的現今，永續綠色能源的發展一直是全世界備受注目的重要議題，太陽能以及高儲能材料在綠色能源產業發展中扮演相當重要的角色。相較於一般分析方法，同步輻射技術可針對複合性材料做元素相關的電子結構和化學鍵結環境分析，我們可以利用同步輻射X光技術研究其電性與結構，鑑定材料本質和其摻雜元素及氧化還原反應的影響，透過元素分析的化學組態、電子結構和能帶結構提升對材料科學的了解。本文將對近幾年發展快速的能源材料針對其材料鑑定方法與電化學應用方面進行介紹。

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同步輻射蛋白質結晶學在生命科學的應用與發展

每個生命個體都具有一個特殊的遺傳訊息，以便生物可以一代傳一代讓物種延續保存。為了維持生命，關鍵就是吸收與使用能量，於是生物體便藉著攝取食物來提供其需求能量的來源，並利用獲得的能量使得各種生理作用能順利進行。由食物萃取能量提供細胞使用的過程中包含許多化學反應，每個步驟中都需要酵素幫助反應的進行，而酵素即為我們熟知的蛋白質，細胞會根據不同的生理需求，表現出不同的蛋白質來控制生理功能該如何運作，因此蛋白質在生命運作中扮演著非常重要的角色。透過特定的遺傳密碼訊息，可轉譯出具有功能性的蛋白質，而研究這些巨大分子最直接的方式，就是瞭解他們的長相，也就是三維空間的立體結構，藉由同步加速器光源的蛋白質結晶學設施研究，可迅速精準得到蛋白質完整的立體結構資訊。例如與葉酸代謝息息相關的酵素，N10-甲醯基四氫葉酸去氫酶，以及新型綠色螢光蛋白asFP504的結構解析，讓我們更了解它們如何參與反應和可被應用的地方。在台灣新建造的台灣光子源具有超高亮度同步加速器光源，不僅提升了國際競爭力，其蛋白質結晶學設施也幫助科學家在生物醫學領域中開創無限新願景。

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利用軟X光吸收能譜剖析材料

由於不同元素的內層電子能階各異，X光吸收能譜(X-ray absorption spectroscopy)可提供複雜材料各組成元素的電子結構，使我們能進一步了解其傳輸性質與磁表現背後之機制。相較X光吸收能譜可提供電子組態之資訊，利用X光磁圓偏振二向性(X-ray magnetic circular dichroism)可得到各元素的自旋與軌道磁矩，而X光線偏振二向性(X-ray linear dichroism)則可探測反鐵磁結構。本文將簡介這幾項實驗技術，並簡述如何利用其探索磁垂直異向性、稀磁半導體以及異質結構之介面效應。

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利用同步輻射光電子能譜顯微技術進行凡德瓦材料電子結構研究

隨著石墨烯的發展，二維材料受到廣泛的重視。這些材料的共通點是共價鍵層狀結構，以凡德瓦(van der Waals; vdW)力將其束縛為塊材，因此也稱為凡德瓦材料。凡德瓦材料包含了最單純的由單一碳元素構成的石墨烯、過渡金屬的硫族化合物(transition metal dichalcogenides; TMDs)、過渡金屬氧化物和拓墣絕緣體等，含跨了多樣化的電子結構及物理性質。也因此凡德瓦材料具有廣泛的應用潛力。但是以目前而言，絕大多數的高結晶性二維材料，面積大小都在數微米到數十微米左右，且由於僅單原子/單分子層厚度，大大增加了研究其基本性質的困難度。本文即針對同步輻射光電子能譜顯微術在單層凡德瓦材料異質結構及單層凡德瓦材料與基材的交互作用等方面的應用作一簡單的報導，利用同步輻射相關能譜顯微技術，系統性的探討單層凡德瓦材料的本徵及其異質介面的物理化學結構，以及單層凡德瓦材料與基材的交互作用等，以期深入了解二維凡德瓦材料多樣化的性質，並對其後續的元件應用有所助益。