臺灣師範大學物理學系學位論文
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@_@偏振拉曼光譜已被廣泛應用於許多二維材料，包括石墨烯和過渡金屬硫化物，特別是使用線偏振光和圓偏振光為激發光。通過計算不同材料受不同偏振入射光影響的拉曼張量，我們可以得知聲子振動模式是如何表現其偏振態。 在這項工作中，單層二硫化鉬被轉移到擁有不同厚度之二氧化矽的矽基板上，以測量偏振拉曼光譜。結果顯示，當被線偏振的入射光激發時，單層二硫化鉬的面內振動(E^')和面外振動(A_1^')模式分別表現出各向同性和線偏振的散射光。同時，當使用圓偏振光作為激發光時,E^'和A_1^'模態則分別表現出旋向交換(helicity-exchange)和旋向守恆(helicity-conserve)的行為。 更重要的是，實驗結果發現單層二硫化鉬的E^'和 A_1^'振動模式在位於純矽基板上時出現與理論模型相異的情形。我們引入了一個強度偏移量來解釋二硫化鉬的聲子與基板之間的耦合效應。此外，還引用了一些與電子-聲子耦合如何影響拉曼強度的偏振態有關的論文，去解釋這種奇特的現象，深入探討層狀二維材料的聲子與光子之間的交互作用，以期提供未來先進材料應用更多重要的基礎與應用。
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@_@石墨烯為一種單層碳原子構成蜂巢狀二維平面的特殊材料，自2004年開始，單層的石墨烯成功地被塊狀的石墨剝離後，近幾年大家開始探索且研發其他更多不同導電特性的二維材料。石墨烯具有獨特的高導電、高導熱以及對光的高敏感性而備受重視。 本研究利用化學溶劑濕式蝕刻法以及氣泡轉移法，以在不影響石墨烯品質的情況下轉移到矽基板，測量石墨烯二維材料的原子振動反應並探討與其基板的交互作用情形，利用偏振拉曼光譜儀系統量測原子振動的偏振狀態。本研究使用不同偏振態的入射光 （圓偏振光、線性偏振光）照射石墨烯樣品，讓石墨烯因在不同基板上的耦合效應不同而破壞了簡併振動帶，因而使得簡併聲子振動比例有所不同，也導致偏振拉曼振動狀態和振動強度的改變。我們更進一步利用石墨烯中簡併聲子振動帶的特性量測到二維材料具有旋光轉換的效應。本研究也將會介紹如何使用偏振程度（Degree of polarization）的算式結合拉曼光譜來了解不同基板上石墨烯原子振動狀態的偏振特性並能夠藉由數值模擬來驗證實驗結果。這些成果及實驗方法將有助於深入研究光與二維材料與基板交互作用，探討更多基本的材料物理特性及未來可能的應用。
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@_@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。
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具有六角蜂巢晶格結構的二維材料（例如：石墨烯以及2H族過渡金屬二硫族化物）所蘊含的特殊物理性質，可做為未來對基礎材料科學、電子元件應用，以及資訊傳輸領域應用當中的替代選擇。於部分六角蜂巢晶格的二維材料當中，其特殊晶格結構以及原子軌域組合，除了賦予材料空間反轉對稱破壞性以及時間反轉對稱性外，還分別授予坐落於K以及K’點處之布洛赫函數於單位晶格內具有兩方向相反的內稟環狀電流。由於其方向相反，對於載子而言則是多出了有別於一般電子自旋的能谷電子自由度（valley DOF）。 由於此種能谷電子自由度對應了相反方向的能谷磁矩，於光學應用上則是對於不同圓偏振光有著不同的選擇規則。此種電子與晶格原子之間的交互作用，亦可以推廣應用至量子資訊領域。於量子資訊領域中，以量子位元作為運算基本單位，其中量子位元可以是任意二能階系統，例如:電子自旋、離子阱和超導量子位元等等。超導量子位元則是以電路結構作為基礎打造而成的人造原子系統，其中Google和IBM團隊已投入大量研究經費鑽研其富含的物理特性。隨著二維材料與量子資訊興起，是否能將二維材料獨特之特性應用至超導量子位元系統中，是一個尚未被驗證的議題。 因此，本學位論文將探討二維超導材料2H-二硒化鈮(NbSe2)之特性及在量子計算領域中的應用性。將呈現: (1)基本材料特性，(2)透過圓偏振拉曼光譜分析2H- NbSe2內稟能谷電子耦合自旋電子特性，(3) 2H-二硒化鈮超導電子以及對應量子傳輸特性，及(4) 基於2H-二硒化鈮超導量子位元微波特性，並加以分析討論。此項工作有助於作為研究二維材料超導量子位元的基礎。
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本實驗透過電子束蒸鍍儀系統成長出15 nm/15 nm的Permalloy/Platinum雙層磁性材料透過銅箔及金製成的共平面波導(Coplanar waveguide，CPW)輸入微波訊號使樣品產生自旋轉矩鐵磁共振(Spin- torque Ferromagnetic resonance，ST-FMR)時在該結構的兩端量到一個電壓差(Vmix)並推算出其磁化飽和強度(Saturation magnetization，Ms)，其在自旋電子學之應用中扮演相當重要的角色，它的實用性和廣泛使用主要是因為它是一種共振現象，其中較有效率的方法則是利用本身具有強自旋軌道耦合(Spin-orbit-coupling，SOC)的材料(如重原子金屬)中所發現的自旋霍爾效應(Spin Hall effect，SHE)。其能產生方向和外加電流垂直的自旋電流。本實驗有助於了解所產生的信號Vmix，由勞倫茲式(Lorentzians)及反勞倫茲式(Anti-Lorentzian)的組合，並透過測量不同頻率與磁場變化的共振磁場相關性比較其他不同製程找出品質穩定且較優良的方法，並分析出我們的自旋轉換效率為0.2044與其他期刊比較有較高的轉換效率，以及對角度變化的依賴性及各項力矩貢獻。
本文將於2026/08/12開放下載。若您希望在開放下載時收到通知，可將文章加入收藏。
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@_@此實驗研究了鐵磁性材料 (ferromagnetic materials) 的自旋電子學，主要探討自旋軌道轉矩 (spin orbit torque, SOT) 的貢獻，在樣品的選擇上我們選用了鎳鐵合金 (permalloy, Py, Ni_80 Fe_20) 及鉑 (platinum, Pt) 的雙層薄膜材料。在此研究我們所探討的磁性薄膜材料，是指能對外加磁場做出反應，並且厚度為小於1 μm 的鐵磁性材料，透過輸出微波訊號給鐵磁性薄膜材料層，量測材料上的自旋轉矩-鐵磁共振 (spin torque-ferromagnetic resonance, ST-FMR)，並對此量測數據進行數據擬合分析。 我們選用了共平面波導 (coplanar waveguide, CPW) 的樣品結構，來量測鐵磁共振 (ferromagnetic resonance, FMR) 的現象，透過 Py 材料內部的各異向性磁阻 (anisotropic magnetoresistance, AMR)，產生直流電壓訊號 (DC voltage signal)，量測此訊號造成的ST-FMR，透過數據分析計算材料的自旋流和自旋霍爾角 (spin Hall angle)，並且將樣品降溫至40 K進行測量。
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訓練學生的實驗技能、培養學生探究的能力，進而理解科學的本質為物理實驗課程的教學目標。為探討國內物理教育實施現況，本次研究透過大學部物理系實驗課後的報告，加上與台灣某大學物理系學生的訪談，以瞭解物理實驗課程中學生的學習經驗，以學生經驗的觀點探討國內基礎物理實驗課程的現況。在本研究中看出，目前的課程設計與教學方式較無法激發出學生對於實驗設計的思考，僅注重儀器使用及技術操作，亦缺乏培養獨立思考解釋數據的能力。同時學生在進行數據分析時，由於確認偏誤，為了使得實驗結果看起來更接近公認值，而選擇性的刪減偏離較大的數據、忽略數據背後所代表的意義。在比對物理實驗報告與訪談結果後，我們發現目前大學物理實驗課程設計，對於探究能力的培養，仍有相當大的差距，為此，我們綜合研究成果，提出相關的建議供研究者與教育人員參考。
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近年來鈀金屬相關的固態材料在氫化效應下進行了廣泛的研究。與本實驗以前專注在CoxPd100-x合金不同，研究中我們著重於研究FexPd100-x合金薄膜的磁性行為，因為FexPd100-x合金這項固態材料對於氫原子的儲存時間更長，能進行更多的研究和應用。材料製成方面選擇為藍寶石基板在超高真空下利用電子束熱蒸鍍完成，在確認不同比例FexPd100-x合金薄膜下利用原子力顯微儀(AFM) 確認鐵鈀兩種鍍源的鍍率，依照不同鍍率的選定改變不同參數製備不同比例FexPd100-x合金薄膜。 我們利用磁光科爾效應（MOKE）量測了各種比例的FexPd100-x合金薄膜磁性，確認了不同比例FexPd100-x合金後在真空中以及在1 bar氫氣壓力下測量磁滯曲線以進行比較。實驗結果觀察到氫化效應不僅改變了矯頑力，此落差最大來到1.3 (Oe)，甚至改變了磁異向性，氫化效應前後旋轉了磁易軸約60度，同時還確認了氫原子從FexPd100-x合金膜中的解吸時間，儲存的時間高於20小時。並且利用X射線繞射儀(XRD)確認FexPd100-x合金與藍寶石基板的晶格結構關係。這些結果對於我們弄清楚FexPd100-x合金薄膜中氫原子與磁化強度之間的關係非常重要，並將成為未來的工業上應用提供參考。