清華大學物理學系學位論文
國立清華大學,正常發行
選擇卷期
- 學位論文
本論文中，主要探討以雷射加熱樣品D/Ge(100)表面的一系列的熱反應變化，並且用穿隧電子顯微鏡來研究觀察。在此一系列的變化中，有一熱反應為第一階熱脫附反應，此反應對溫度極為敏感，並可利用此反應對溫度量測做校正。 最初樣品是以室溫成長的D/Ge(100)表面，它是由1×1 ,2×1和 3×1結構所混合組成的。在雷射加熱樣品的過程中，隨著樣品溫度上升表面結構變的有序，並切在不同的溫度區間將由3×1或 2×1結構為表面結構的主體。而當溫度上升至530 K，表面懸鍵明顯增加，其中孤懸鍵 (single dangling bonds) 為對懸鍵 (paired dangling bonds) 的0.15倍。而當溫度超過550 K，表面重構出鍺鏈，甚至組成鍺島。雷射加熱樣品達到530 K及超過550 K的表面熱反應結果讚先前的研究會發現過。 最後利用第一階熱脫附反應來對溫度量測做一個校正的動作，此反應溫度約為530 K，而被校正的量測工具為遠紅外線熱像儀的測量以及簡易物理模型模擬的結果。
- 學位論文
在此論文中，我們利用所謂的光結合法(photo-association)來產生銣分子並發展出一套方法來偵測他們；透過捕捉於光偶極阱中的原子與分子的碰撞，我們得以偵測到這些基態分子的訊號。 在銣原子(85Rb)磁光陷阱原子團中，透過上述的光結合過程將可以組成激發態的超冷銣分子。 同時，透過所謂的共振耦合效應(resonance coupling effect)將可大幅增加上述已生成的激發態分子自發銳變至基態的數量。這些生成的基態銣分子將同時和磁光陷阱中剩餘未結合的銣原子一併載入一個交叉形式的光偶極阱中。透過光結合過程所產生的基態分子對光偶極阱中的原子團所造成的額外碰撞損耗，將可以用來估計光偶極阱中分子的數目和密度，分別為Nm=44-110×10^3以及nm>5.2×10^11 cm^(-3)。 為了改善此偵測方法的靈敏度，我們將需要更長的原子團生命期，而此目標可以透過將原子團轉移至另一具備超高真空度的環境來達成。在實驗上，原子在空間上的轉移是透過一個架設在線性磁軌上的磁位能阱來實現。同時，在此超高真空度的環境裡，原子的生命期獲得了顯著的延長，而原子和分子的碰撞效應將因此而較原子與背景殘留氣體的碰撞效應敏感。 我們實驗系統的許多特性得以透過成功產生銣原子(87Rb)的玻色‧愛因斯坦凝結體(BEC)來檢驗。此實驗裝置的主要配置結合了單一光束的光偶極阱與提供軸向束縛力的微弱磁位能阱。最終，我們的系統產生約由6.3×10^5個原子所組成的BEC。同時，在將來的實驗上此玻色‧愛因斯坦凝結體將用在和應冷卻(sympathetic cooling)鉀原子，鉀分子以及銣分子上。
- 學位論文
一直以來，一般的生物系統因為生存環境潮濕且溫暖的關係，所以除了化學結構以外，生物體內並不被認為會存在量子效應。然而，最近的實驗結果發現在光合作用的能量傳遞過程中存在著尚未被清楚解釋的量子同調現象。本篇論文我們將探討由七個FMO複合物蛋白質組成的生物網路是如何藉由量子動力學的方式在光合作用下傳遞能量。透過林布拉德方程式描述約化之後的七維哈密頓量，我們可以將環境對系統的交互作用包含進量子動力學的描述之中。我們藉由數值模擬呈現系統中的能量是如何以非嚴格遞減的方式流到反應中心，同時我們也發現到在能量流動過程中，有些中間態會有能量機率累積的現象。我們的結果顯示量子力學可能遠比預期的還要豐富，同時也說明這些效應無法用半古典理論解釋。根據本篇論文的理論基礎，未來希望能夠完全了解能量與信息在生物系統中傳遞時產生的量子同調現象。
- 學位論文
藉由角解析光電子能譜研究ClAlPc分子在金(111)上的沉積速率和照射光強度變化。本篇論文揭示在金(111)上的ClAlPc分子因沉積速率的不同導致不同的吸附結構。在每分鐘0.02 Å的慢速率情況，主要是氯向下結構但在快速率每分鐘0.2 Å的情形下則是氯向上和氯向下共存。我們進一步研究在上述兩種條件下，曝光和退火在樣品上產生的效應。在慢速率沉積情形，主要氯向下結構較脆弱，在弱光(2.1X10^15 photons/sec)照射下氯向下分子傾倒，在強光(6.4X10^15 photons/sec)照射下氯向下分子脫離，根據分子軌域電子態改變，金的表面態，和真空能階得知。而退火後的結果也顯示類似行為。然而在快速率沉積情形下做退火和曝光處理，氯向下和氯向上共存的結構都非常穩定。
- 學位論文
本篇論文在研究石墨烯-鈮超導接面的電性分析並著重在探討當改變石墨烯的費米能量時其安德烈夫反射行為，石墨烯因其特殊的能帶結構，被稱為零能隙的半導體，而超導體會在其費米面上開一個超導能隙，因石墨烯的載子為無質量的相對論性狄拉克費米子，無質量的狄拉克費米子與庫柏電子對之間的交互作用令人感到興趣，本論文中使用鈮薄膜沉積在石英基板上其超導臨界溫度大約9 K，石墨烯則是使用化學氣相沉積法(CVD)所成長後轉移到鈮圖形之上接觸後形成兩個串聯接面，在此之前我們特別處理鈮的介面來確保乾淨的介面可以被達成，其中為了調控石墨烯的費米能量，我們使用液態離子凝膠覆蓋在石墨烯之上當作石墨烯的閘極，實驗中首先在室溫量測閘極偏壓對石墨烯電阻關係，決定好所調控的費米能量相對於電荷中性點(CNP)後降溫到臨界溫度以下，我們發現當費米面被調控為遠離電荷中性點時，歸一化微分電導對外加偏壓關係表現出抑制其下沉結構的行為，且其下沉結構特徵接近超導能隙，也就說當費米能量鄰近電荷中性點時其歸一化微分電導的下沉行為較為明顯，在數據分析上指出當鄰近電荷中性點時因為其安德烈夫臨界角較小所以安德烈夫反射行為被抑制，我們的實驗結果提供了第一個綜合的研究石墨烯-鈮超導接面的電學特性和拓展了一個新的辦法來更深入探討調控安德烈夫反射行為在於狄拉克費米子之上。
- 學位論文
我們建造了一台腔長為7 cm的1009 nm外腔式錐形放大器雷射，此雷射的功率可以高達1.2 W，波長可調範圍約為37 nm，且有單頻的特性，很適合做為量測光譜的光源。 接著我們透過週期性極化鈮酸鋰晶體(PPLN)來做二倍頻，得到504.5 nm 的綠光，最後我們使用飽和吸收光譜(saturation absorption spectroscopy)的方法，觀察碘分子的超精細光譜。未來，我們會將雷射鎖頻至碘分子的超精細譜線上，作為氦原子21S0-31D2躍遷絕對頻率量測的頻率標準。
- 學位論文
此論文中探討有機分子與二維金屬薄膜介面的作用以檢視量子效應的影響。並運用角解析光電子能譜作為主要研究工具，掃瞄樣品的電子結構。 TTC沈積於銀薄膜上的系統，主要用來探討微弱介面作用的影響。而從實驗結果中，我們可以藉由銀薄膜電子結構在TTC沈積後的變化萃取介面特性。TTC分子的沈積，改變了真空-銀介面的相位移，此結果導致了量子井態的能量變化。量子井態能量隨著銀薄膜厚度的變化，直接顯現了量子效應影響，而我們可以藉由此能量的變化，萃取單層TTC分子的介電特性。 依循著TTC實驗的方法，我們研究了CuPc沈積於銀薄膜上的化學吸附系統。實驗指出能隙態的能量與銀薄膜厚度密切相關，此結果是由於銀薄膜中的量子井態仲介了鍺基底的作用至吸附於銀表面的有機分子而造成。從此研究中，我們藉由改變銀薄膜的厚度控制能隙態的能量位置，成功調控CuPc-銀介面的能階並列特性。此結果證實，若將塊材的金屬基底取代為平整的薄膜，二維系統中的量子井態不只可以作為探測介面效應的工具，也可以作為改變介面電子結構的工具。 極性分子ClAlPc沈積於銀薄膜上的系統是用以檢驗分子的排列對於有機-金屬介面的影響。藉由調控分子的蒸鍍速率或是退火的方式，我們可以獲得Cl-向下或是Cl-向上的兩種沈積模式。而這兩種沈積模式造成了介面能階並列的不同，並產生了0.3 eV的能量差。除此之外，藉由比較實驗與真實模型的計算結果，我們證明了兩個不同的沈積模式各自對應到了相應的載子轉移路徑，而此效應是控制有機-金屬介面能階並列的重要關鍵。
- 學位論文
二氧化鈦在光觸媒的應用上相當重要，本研究探討雜質與鍛燒溫度對二氧化鈦在可見光吸收率的影響。使用溶膠凝膠法製備鈷摻雜、鋯摻雜以及鈷鋯共摻雜的二氧化鈦奈米粒子，並經過攝氏500度和攝氏800度鍛燒。從X光粉末繞射以及拉曼光譜確認樣品的結構，X光吸收精細結構的結果顯示摻雜的原子是取代二氧化鈦中鈦原子的位置，之後利用紫外光至可見光光譜儀測量材料的吸收率與能隙大小。我們發現鈷鋯共摻雜二氧化鈦在攝氏500度鍛燒條件下存在較多的缺陷，加上摻雜鈷所形成的雜質能帶，使樣品在可見光波段的吸收率增加。
- 學位論文
論文中探討了在大型強子對撞機(LHC)和未來的質子對撞機(FCC-hh/SPPC)中找到質量為100 GeV ~ 10 TeV 馬約拉納微中子的可能性。我們發現輕子數不守恒的過程：p p → l± l′± j j是馬約拉納微中子在14/100 TeV 強子對撞機中的一個重要的訊號。為了了解馬約拉納在強子對撞機中的特性，我們研究了兩個簡化的有效模型，一個在標準模型的架構上增加了右手微中子並混合了左右手微中子、另一個是帶著一個質量約在TeV的馬學拉納微中子的簡化左右對稱模型。基於論文中發現的特性，我們分別對兩個模型提出提高馬約拉納微中子訊雜比的策略和演算法，然後也討論了在未來的強子對撞機中驗證這些模型的潛力。
- 學位論文
兆赫波(THz)係屬於尚在研究發展階段的波段光源，相較於其他波段的光源而言，我們對於兆赫波之物理特性(如:光源是屬於熱量燈光源或者同調光源)了解較為稀少，為了得知其性質，我們參考HBT實驗來量測兆赫波的二階相干函數，以了解兆赫波係屬於古典光源或者量子光源。 因為實驗架設的系統量測得到為兆赫波的電場訊號，為了得到二階相干函數，需先將其電場訊號平方並且相乘。又因擷取訊號的儀器係為鎖相放大器，因此平方相乘之後的訊號會有許多不需要的常數影響量測的結果，我們需要將其用計算消除，最後再和我們的理論值作比較分析。