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鋰原子D1譜線超精細結構和同位素偏移的精密量測

我們使用交叉原子束法測量鋰原子6,7Li的D1譜線的超精細結構和同位素偏移。我們的光譜雷射是波長為670.9 nm的外腔式二極體雷射，並將雷射用Pound-Drever-Hall技術穩頻在Fabry-Perot干涉共振腔上，並且藉由改變共振腔腔長掃描鋰原子光譜。參考頻率雷射則是鎖在碘分子的譜線上。利用光電倍增管偵測雷射激發的原子螢光訊號，並記錄光譜雷射和參考雷射的拍頻做為訊號的頻率。 我們的實驗結果6,7Li在基態2S1/2的超精細結構分裂為228.198 (12) MHz和 803.495 (8) MHz，在第一激發態2P1/2超精細結構分裂為26.108 (9) MHz和 91.873 (5) MHz。而6,7Li 之間的同位素偏移為10533.800 (15) MHz。我們的量測釐清了不同團隊量測結果的爭議，並且與大部分的理論預測相符。

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微波材料處理及加熱機制之探討

我們提出了一個單模式TM010空腔以釐清非熱效應, 且使用一個功率放大器為波源, 波源能量入射進入腔體, 這腔體我們有詳細討論其機制。 我們以此共振腔為基礎來量測介電係數及磁性係數藉由改良型的微擾方法, 這個改良型的微擾方法,相對上, 可容許較大樣品體積及較高的介電係數變化。 此外, 我們也利用此共振腔來加熱離子晶體(NaCl, KCl,……), 我們發現一個有趣的物理現象, 當離子晶體加熱至熔點以上時, 產生了雙層粒子環形煙霧, 它是類似水龍捲現象。這現象主要是因未來自離子晶體粒子受到離心作用力及電磁作用力交互影響, 離子晶體粒子束縛於兩個半徑之內而造成此一現象。 最後一部份工作, 我們發現離子晶體在微波場作用之下, 離子晶體熔點比傳統加熱熔點還來的低, 我們使用9種離子晶體, 這9種離子晶體在微波場下期熔點都會下降, 我們認為微波場造成離子晶體電荷分佈變形,以至於造成了熔點下降。

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利用直接相位選擇法使單一波長異常散射初始相位角最佳化以改善電子密度及蛋白質結構決定

因申請專利緣故，資料延後公開

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摻鈷氧化鋅的製程與特性研究

本研究中我們使用固態反應法和化學沉積法兩種方法製作鈷摻雜量在0.5％-16%間的摻鈷氧化鋅粉末。粉末X光繞射圖顯示大部分晶格繞峰位置會隨著鈷的濃度增加，而移至較低角度；此結果顯示摻鈷氧化鋅的晶格常數隨著鈷含量增加而變大。拉曼光譜圖顯示摻鈷氧化鋅的其中三個聲子震動模組A1、E1、E2，隨著鈷含量增加而移到較低的頻率。此外，A1聲子震動模組的強度隨著鈷含量而增加，表示鈷氧間的電子極化強度比鋅氧間的還強。超導量子干涉磁化儀的測量結果，顯示摻鈷氧化鋅在室溫時呈現順磁性。以化學沉積法製備得的摻鈷氧化鋅粉末比使用固態反應法所得的粉末具有較強的磁化強度。化學沉積法所製備的16%摻鈷氧化鋅樣品有高達0.130 emu/g•T的磁化率。X光吸收光譜圖顯示摻鈷氧化鋅結構中的鈷是屬於+2氧化數。

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表面結構,磁性以及熱穩定性在皺化系統上的研究

超薄金屬膜成長於金屬基板呈現出非常特殊的物理及化學性質可應用於像是材料科學、催化以及磁性科技。這些性質依賴於薄膜與基板的原子交換、薄膜成長模式以及基板的表面形貌。近年來有些金屬薄膜(Pd, Pt, Au, Ir, Rh)被發現在退火至溫度高於700 K時可以誘發某些基板(W, Mo)發生皺化的現象。W(111)的表面皺化可以用來製造熱穩定的單原子針，且其發射出的電子束有非常高的同調性。如何製造具有熱穩定性的磁性單原子針在近年來吸引了許多研究團隊的興趣。 在本論文中，研究鐡超薄膜成長於Pd/W{112}皺化表面來探究其是否具備磁性單原子針的潛能。其結構與磁性針對溫度及厚度的變化分別做一系列的探討。對於成長於105 K的鐡超薄膜而言，磁易軸的翻轉(從垂直到平行表面方向)發生在鐡薄膜厚度2 TML。我們發現吸附氫氣後，此系統的磁異向性以及矯頑磁力會大幅增加約7倍左右(對於1.9TML的鐡薄膜)。磁易轉翻轉也會發生在鐡薄膜更高的厚度(2.9 TML)，而殘餘殘化量對溫度的變化也會因為高氫氣分壓(1E-7 torr)而有所不同。此外，多出來的Pd會形成3維島狀結構，並且對鐡薄膜的磁性行為有不良的影響。 當其密度太高時，鐡薄膜的垂直方向磁性會消失。 對於3-11 TML的鈷鐡成長於Pd/W{112}皺化表面上我們也做了一系列的表面形貌、成分分析以及鐡磁性在退火過程中的研究。鈷薄膜會在400-450 K時開始形成3維島狀的結構而且其皺化結構可以維持到900 K以上。鐡也會在300-350 K時開始形成維島狀的結構但其皺化結構並不能維持到900 K。對於3-11 TML的鈷鐡而言，它們的矯頑磁力會分別隨著厚度增加而增加或減少。而鈷薄膜的矯頑磁力會因為溫度升高到400-450 K而增加2-4倍但鐡薄膜不會對溫度的變化有所反應。這兩個不同的鐡磁性薄膜成長於Pd/W{112}皺化表面上顯現出不一樣的成長模式以及磁性行為。

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全共振條件下單Λ系統轉換至雙Λ系統之暫態效應研究

鑒於在實驗上發現了兩種相似的雙Λ系統有其完全不同的能量耗損機制，本文探討電磁波誘發透明(Electromagnetically Induced Transparency，簡稱EIT)的單Λ系統轉換成四波混合(Four-Wave Mixing，簡稱FWM)的雙Λ系統中能量耗損。主要研究的研究工作區分為三部分。第一部分，緩變條件的尋找。利用暗態分析和非暗態分析的方式，雙Λ系統能夠有適當的物理圖像作拆解，最後我們的得以獲得反應時間(response time)和耦合光的上升時間(rising time)的比較關係，也就是所謂的緩變條件(adiabatic condition)。第二部分，基態同調(ground state coherence)和探測光的能量分布形式。我們討論暗態激子(dark state polariton)在系統中扮演的角色，以及證明其能量分配的形式和物理量 η 有直接相關。於此部份的最後，我們說明於EIT系統中的能量分配比例同時也會影響到系統的耗損機制。第三部分，高轉換效率的設計。基於前兩部分的探討，我們期望設計既滿足變條件(第一部分結論)也使得系統能量集中於基態同調(第二部分結論)的高轉換效率系統。本文最後探討三種不同高轉換效率的雙Λ系統並比較其轉換效率。

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NiO與CuO之軟X光共振非彈性散射研究

強關聯電子系統的電子結構與磁性特性在凝態物理領域裡扮演著相當重要的課題，而共振非彈性X光散射實驗技術是研究電子結構與磁特性相當重要的技術之一。在軟X光能量範圍裡面，共振非彈性X光散射實驗技術可測量系統裡電子與電子之間交互作用所產生的局部激發(local excitation) 和集體激發(collective excitation)的訊息，無法由於一般的X光吸收光譜(X-ray absorption spectroscopy)與光電子光譜技術(X-ray photoemission pectroscopy)所獲得的。然而共振非彈性X光散射的量測技術往往要求相當高的入射光子通量。為了提高該技術的量測效率，我們發展全新的概念應用在共振非彈性X光散射量測技術上面，並且在建造一條具有高量測效率以及高解析力的軟X光非彈性散射光束線。藉由能量補償原理(energy compensation principle)確實提高該條光束線的量測效率，此外該光束線採用可彎曲式光柵(bendable grating)來修正散焦像差(defocus aberration)和慧形像差(coma aberration)使得該系統具有高解析能力特性。入射光能量範圍從700 eV至933 eV時，該系統的整體能量解析力可以高達10,000。本論文呈現一條全新建造的“高效率、高解析力之共振軟X光非彈性散射光束線”的試車成果，以及探討3

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三族氮化物在矽基板上與氮化鈧與石墨烯之異質界面研究

由於三族氮化物在光學電子元件的應用上具有極優良的電子與光學特性，因此一直以來都備受關注。然而，三族氮化物在實際元件的應用上仍有許多問題需要克服，如自發極化場，應力誘發之壓電場，基板效應以及異質界面問題等。於本文，我們將討論兩種特別的材料−氮化鈧與石墨稀−並討論它們與氮化鎵之間的異質接合關係。由於氮化鈧為一非極化材料，且過去的文獻指出，氮化鈧的晶格排列與氮化鎵完美匹配，因此如能使用氮化鈧作為成長氮化鎵時的緩衝層，將可進一步的提升氮化鎵的品質。而石墨稀則更令人興奮，因為它具有極佳的光穿透率與電子特性，因此人們相信，它在另外三族氮化物光學電子元件的穿透電極的應用上，是極具潛力的。除了這兩種異質介面研究外，三族氮化物的本質特性研究也極為重要，尤其是具有極特殊表面效應的氮化銦。因此，了解並探討三族氮化物的本質與異質介面研究是極讓人感興趣的。 在第一章，我們將簡單介紹三族氮化物，稀土族與過度元素的基本特性，並將簡述石墨稀引人注目的電子與光學特性與其在元件上的應用。第二章將簡述本文研究所使用的相關儀器與設施。而第三章我們將分兩個部分來討論氮化鈧與氮化鎵的異質介面研究。由於過去的文獻指出，當氮化鈧成長於矽基板時，些許的矽化鈧會產生。因此，在第一小節我們將討論矽化鈧的形成與特性，並在第二小節探討氮化鈧的結構與特性以及與氮化鎵的異質界面效應。第四章討論石墨稀的層數與氮化鎵之間的電子光學特性的關聯性。而在第五章，我們針對原位成長的氮化銦來討論它的基本性質，希望能解出氮化銦表面電子累積的成因。最後在第六章，針對本文的內容做出總結，與期望。

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有序氧化矽、氯化鈉單一原子層在矽晶面上的成長過程

在過去幾十年來，超薄絕緣層在矽(100)面上的成長無論是基礎科學領域或是半導體工業製程方面來說都是非常重要的課題。其中，隨著晶片製持續微縮下，絕緣層與矽晶面的界面品質變得更重要且足以進一步影響整體元件的特性。因此，如果我們可以建立一個平台，讓上面的絕緣層及下面的矽晶面做更好結合，元件特性將能有效提升。在本論文裡，我們在矽(100)面上創造了兩種非常不同的平台層。 第一種是單層有序的氧化矽結構。藉有氧原子直接曝在表面的方式，迥於之前以氧分子做反應單元的方式，單一層且有序的氧化矽結構可以在室溫的情況下被做出來。關於氧原子在矽(100)面上的詳細反應過程也會做討論。此外，氧化矽從晶相轉換到非晶相結構的中間過程也可清楚的看到。根據我們提出的模型，從光電子能譜及掃描穿隧式電子顯微鏡得到的實驗數據在量化分析上是一致的。 至於第二個主題，藉由室溫下連續半反應的過程，單一異質層的氯化鈉成功長在矽(100)面上。第一道半反應是先把氯氣曝在表面上，進而形成氯原子吸附在表面的結構，其氯原子間的距離非常接近氯化鈉(100)表面上氯原子間的距離。藉由掃描穿隧式電子顯微鏡及光電子能譜技術的運用，在第二道半反應的製程中-鈉原子的蒸鍍，我們發現鈉原子會經由叢集、區塊的階段，把原本吸附在表面的氯原子轉化成單一層波浪狀的氯化鈉結構。新長出的單層氯化鈉以類似地毯的方式越過表面的階梯區域且進而覆蓋整個表面。在此氯化鈉層下方，矽表面的原子和電子結構與初始狀態且具雙原子單元之起伏特徵的矽表面非常接近。綜合所有的研究結果來看，此單一氯化鈉原子層以非常微弱的方式依附在此共價鍵結的表面上。

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多層矽烯吸附氘原子後的表面變化

本論文中研究及討論所謂的〖(√3×√3)〗_si 矽烯的表面原子結構。〖(√3×√3)〗_si 矽烯是普遍所認知的多層結構的矽烯。實驗的方法利用氘原子吸附於〖(√3×√3)〗_si 矽烯薄膜，並且使用低溫掃描式穿隧顯微鏡 (STM) 觀察改變過後的薄膜。本論文實驗結果為以下：(1)氘原子吸附後形成了一維的氘/矽長鏈狀的結構。氘/矽長鏈結構是隨機以三個銀[101 ̅] 方向排列，且間距為兩倍的矽(111)晶體的晶格常數。(2)某種原子於氘原子吸附於〖(√3×√3)〗_si 矽烯時被驅逐出來並堆積成有特定晶形的島狀結構。經過統計，發現島狀結構彼此間的高度差恰為銀原子層的高度差(0.24 nm)，STS能譜量測於這些島狀結構發現了Coulomb blockade effect週期性的波峰。因此此種原子被確認為銀原子。上述的這兩點特性與Oura等人所研究的氫/(√3×√3)銀-矽(111)系統十分相似，該系統的氫(氘)/矽長鏈結構方向、間隔相同、銀原子也被驅逐出原本的表面形成銀島。我們的實驗結果與先前Shira等人所提出的銀原子置上模型相符。總言之，我們認為所謂〖(√3×√3)〗_si 矽烯實際上是表面覆蓋著銀原子的矽(111)薄膜，而非二維結構的矽烯層狀的堆疊。