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一維及零維奈米電子學之物理與元件( I )
(2011)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
本計畫擬探討一維奈米線與零維奈米顆粒的前瞻基礎物性，包括金屬奈米線的量子（電荷與自旋）傳輸特性、半導體奈米線的導電機制與雜質能級、奈米接點的特性，及奈米顆粒與量子點的新穎電學性質，將著重在深入與前沿的基礎物性研究，並且探求元件原型之製作與物理解釋。研究主題包括：（1）擬探討金屬奈米線（如RuO2, ITO, TiSi）之量子干涉傳輸特性（弱局域效應、普適電導漲落、1/f 噪音等），理解電子散射機制、自旋相干長度，並發現新科學。電子—聲子散射主宰奈米電子元件之冷卻，普適電導漲落反映奈米元件中的動態結構缺陷性質。（2）擬探討（掺雜）ZnO奈米線的導電機制與雜質能級，並擴展到其他半導體奈米線的研究。（3）擬進行金屬奈米線與次微米金屬電極介面處之奈米接點的定量表徵與物理解釋。（4）擬進行超導體奈米線，和超導體電極/金屬奈米線複合結構的研究。（5）擬研究零維奈米顆粒和量子點的新穎傳輸性質。本計畫強調定量與系統性的量測，深入的數據分析，與理論的密切合作，並追求研究成果在國際上的高度能見度與影響力。本計畫的主軸是進行深入尖端的電子（電荷與自旋）傳輸研究，以期一方面發現奈米尺度新科學，另一方面奠立奈米電子元件的應用基礎。
一維及零維奈米電子學之物理與元件( II )
(2012)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
一維及零維奈米電子學之物理與元件(III)
(2013)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
一維奈米電子學及自旋電子學之物理與元件(I)
(2008)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
近年來，奈米碳管與奈米線等由下而上自我組裝，而非由大至小蝕刻製造的奈米材料，已被廣泛的應用並展示其在製作奈米尺度電子與光電等元件之高度可行性。由於半導體製程不斷縮小，發展奈米電子學已成為掌握未來科技之鑰。結合電子之自旋與傳輸雙重特性的自旋電子學，早期多以發展金屬自旋電子元件為主，如利用巨磁阻、穿隧磁阻與自旋閥效應等，製造磁電阻式隨機存取記憶體與硬碟讀取頭元件。近年來，由於半導體自旋電子材料（如掺錳砷化鎵）的蓬勃發展，與鐵磁-半導體接面技術的突破，自旋電子學的研發已漸漸轉移到自旋電流引入注射與自旋電子傳輸性質的探討，以及自旋場效電晶體、自旋發光二極體、電驅動磁疇翻轉等元件的開發與應用。本團隊在前期奈米國家型科技計畫裡（2004/08–2007/12），研究單根氧化鋅奈米線與氧化鋅掺鈷奈米線的電性與磁性，成功製作出高真空退火後的室溫鐵磁性氧化鋅掺鈷奈米線，除仔細運用各種材料分析儀器確定鈷元素均勻分布外，我們使用SQUID驗證其本徵稀磁半導體特性，並使用磁力顯微鏡偵測出單根奈米線中磁疇的變化。我們更測量出磁疇強度隨溫度上升而減弱，描繪出居禮定律的溫度變化曲線，又確認高於400 K的居禮溫度。有此室溫鐵磁性稀磁半導體奈米線材料，結合我們對單根氧化鋅奈米線傳輸性質的測量技術，本期計畫擬製作可在室溫操作的巨磁阻元件、穿隧磁阻元件、自旋閥元件、自旋場效電晶體、電驅動磁疇翻轉元件等；並擬結合自旋電子理論研究，設計開發新型自旋電子元件。自1998年，Ohno研究砷化鎵掺錳材料為科技新知帶來了深遠的影響，本團隊藉由氧化鋅掺鈷的奈米線新材料，結合自旋電子與奈米電子的應用科技，將帶給全世界學界與產業界更大的震撼。由於本團隊在電子束微影技術的精進，目前已經成功將半導體與金屬奈米顆粒置入兩奈米電極間之30-50奈米寬的間隙內，並成功測得奈米顆粒的電流-電壓特性曲線與電阻的溫度變化。本期計畫將進一步結合分子電子學理論專家，設計與開發分子電晶體、與分子磁鐵自旋電晶體。近十年來，諸多領域的科學家們嘗試以分子製作新型式的電晶體以及各類電子元件，分子電子學已成為繼傳統半導體電子學而起的一個嶄新研發領域。在微米尺度下，電子元件的電子傳輸性質可以用自由電子氣來近似描述，並以半古典理論方式解釋。但是在奈米電子元件裡，原子分子的特性和電子的波動性質愈來愈明顯，分子電子學電子傳輸性質的研究，顯然必須及早正視這些關鍵因素。本期計畫擬以磁性半導體-半導體-磁性半導體系統的巨磁阻量測與理論研究為基礎，拓廣到分子系統，即以saturated molecules 取代兩磁性電極中間的半導體。由於此系統的尺度微小，所以電子自旋容易保存，加上電子隧穿特性的影響，我們預期此系統的穿隧磁阻效應將很顯著，從而有利於應用在奈米尺寸磁自旋電子元件（如spin filter）的設計與製作。在理論方面，我們將以密度泛涵理論計算方式，開發分子自旋電子學的理論與程式，研究電子自旋的傳輸性質與量子多體效應，並且探討自旋分子元件運作的物理機制與材料特性。在實驗方面，我們將結合理論計算結果，開發可行的分子自旋電子系統，探討分子自旋電子元件設計的可行性，並將量測與探究此新穎系統的物理現象。奈米接面系統的電子自旋傳輸性質，是一個非常新穎而重要的研究課題。這些開創性的研究工作，需要開發新的實驗技術以及新的理論與程式，本計畫勢將為分子自旋電子學的未來發展開啟一扇大門。
一維奈米電子學及自旋電子學之物理與元件(II)
(2009)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
一維奈米電子學及自旋電子學之物理與元件(III)
(2010)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
介觀及奈米尺寸結構中電子動力學及相互作用之研究
(2007)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
本計畫擬研究四個介觀與奈米尺寸以及無序系統的基礎物理課題：（一）擬探討無序系統中的dynamical structure defects（或兩能級隧穿系統two-level tunneling systems）。我們計畫尋找適當的材料樣品，研究兩能級隧穿系統與導電電子耦合從而造成的低溫傳輸性質。兩能級隧穿系統常常造成類似（非磁性）近籐效應的物理現象，同時也可能造成電子相位相干時間的破壞，是凝態物理中的一個多年未曾解決的多體物理課題。（二）擬研究金屬/絕緣體/金屬隧道結的穿隧電流現象。在nano-granular金屬隧道結中，無序的影響會使得費米能級處的電子能態密度降低，因而造成微分電導（differential conductance or dI/dV）在零偏壓處有一個很明顯的極小值。但是當有（磁性或軌道）近籐效應存在時，零偏壓處的微分電導反而會有一個極大值。我們將在低溫下以及高磁場中進行測量，以深入研究產生極小或極大值微分電導的微觀物理機制。（三）擬持續介觀系統中電子相位相干時間的量測，將繼續研究無序系統中的電子—聲子散射與干涉現象，探討該項干涉在介觀及奈米樣品中產生的新電、熱效應，並釐清新的退相干機制。（四）擬進行單根金屬及半導體奈米線的低溫電性與量子傳輸特性之量測，和新物理現象或非費米液基態之探索。兩能級隧穿系統和電子退相干機制的研究往往需要在極低溫下和極高磁場中進行，為了進行超低溫的量測，本計畫擬加強與日本「理化學研究所（RIKEN）」之「低溫物理實驗室」的國際合作，使用其超大型3He-4He稀釋製冷機，以期得到最確切而無疑意的數據。本計畫也將加強與理論學家的密切討論與合作。
介觀及奈米尺寸結構中電子動力學及相互作用之研究 (II)
(2009)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
本計畫擬研究四個介觀與奈米尺寸以及無序系統的基礎物理課題：（一）擬探討無序系統中的dynamical structural defects（或兩能級隧穿系統two-level tunneling systems）。我們計畫尋找適當的材料樣品，研究兩能級隧穿系統與導電電子耦合從而造成的低溫傳輸性質。兩能級隧穿系統常常造成類似（非磁性）近藤效應的物理現象，同時也可能造成電子相位相干時間的破壞，是凝態物理學中的一個極基礎而重要的多體物理課題。（二）擬研究金屬/絕緣體/金屬隧道結的低溫穿隧電流現象。在nano-granular金屬隧道結中，無序的影響會使得費米能級處的電子能態密度降低，因而造成微分電導（differential conductance或dI/dV）在零偏壓處有一個很明顯的極小值。但是當有（磁性或軌道）近藤效應存在時，零偏壓處的微分電導反而會有一個極大值。我們將在低溫下以及高磁場中進行測量，以深入研究產生極小或極大值微分電導的微觀物理機制；尤其將探討後者由近藤效應產生的dI/dV對溫度以及偏壓的scaling行為。（三）擬持續介觀系統中電子相位相干時間的量測，將繼續研究無序系統中的電子—聲子散射與電子—聲子—雜質干涉現象，探討該項干涉在介觀及奈米樣品中產生的新電、熱效應，並釐清退相干（dephasing）機制。（四）擬進行單根金屬及半導體奈米線的低溫電性與量子傳輸特性之量測，和新物理現象或非費米液行為之探索。兩能級隧穿系統和電子退相干機制的研究往往需要在極低溫下和極高磁場中進行，為了進行超低溫的量測，本計畫擬加強與日本理化學研究所（RIKEN）的「低溫物理實驗室」的國際合作，使用其超大型3He-4He稀釋制冷機，以期得到最確切而無疑意的數據。同時開展交大—RIKEN—東京大學三方在垂直雙量子點之自旋依賴傳輸課題的合作研究。本計畫也將加強與理論學家的密切討論與合作。
介觀及奈米尺寸結構中電子動力學及相互作用之研究 (II)
(2008)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
本計畫擬研究四個介觀與奈米尺寸以及無序系統的基礎物理課題：（一）擬探討無序系統中的dynamical structural defects（或兩能級隧穿系統two-level tunneling systems）。我們計畫尋找適當的材料樣品，研究兩能級隧穿系統與導電電子耦合從而造成的低溫傳輸性質。兩能級隧穿系統常常造成類似（非磁性）近藤效應的物理現象，同時也可能造成電子相位相干時間的破壞，是凝態物理學中的一個極基礎而重要的多體物理課題。（二）擬研究金屬/絕緣體/金屬隧道結的低溫穿隧電流現象。在nano-granular金屬隧道結中，無序的影響會使得費米能級處的電子能態密度降低，因而造成微分電導（differential conductance或dI/dV）在零偏壓處有一個很明顯的極小值。但是當有（磁性或軌道）近藤效應存在時，零偏壓處的微分電導反而會有一個極大值。我們將在低溫下以及高磁場中進行測量，以深入研究產生極小或極大值微分電導的微觀物理機制；尤其將探討後者由近藤效應產生的dI/dV對溫度以及偏壓的scaling行為。（三）擬持續介觀系統中電子相位相干時間的量測，將繼續研究無序系統中的電子—聲子散射與電子—聲子—雜質干涉現象，探討該項干涉在介觀及奈米樣品中產生的新電、熱效應，並釐清退相干（dephasing）機制。（四）擬進行單根金屬及半導體奈米線的低溫電性與量子傳輸特性之量測，和新物理現象或非費米液行為之探索。兩能級隧穿系統和電子退相干機制的研究往往需要在極低溫下和極高磁場中進行，為了進行超低溫的量測，本計畫擬加強與日本理化學研究所（RIKEN）的「低溫物理實驗室」的國際合作，使用其超大型3He-4He稀釋制冷機，以期得到最確切而無疑意的數據。同時開展交大—RIKEN—東京大學三方在垂直雙量子點之自旋依賴傳輸課題的合作研究。本計畫也將加強與理論學家的密切討論與合作。
介觀及無序金屬中電子相位破壞時間之量測(II)
(2000)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
介觀及無序金屬中電子相位破壞時間之量測(III)
(2001)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
奈米及介觀導體之量子電、熱傳輸性質之研究(I)
(2003)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
奈米及介觀導體之量子電、熱傳輸性質之研究(II)
(2004)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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交通大學物理研究所
奈米及介觀結構中量子傳輸之研究
(2002)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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交通大學物理研究所
微小系統的低溫奇異量子現象-微小系統的低溫奇異量子現象
(2014)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
微小系統的低溫奇異量子現象-微小系統的低溫奇異量子現象
(2016)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
微小系統的低溫奇異量子現象-微小系統的低溫奇異量子現象
(2015)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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國立交通大學物理研究所
極低溫下電子相位相干時間之量測(I)
(2005)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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交通大學物理研究所
本計畫擬進行對二維金屬薄膜在極低溫時的電子相位相干時間的量測，以探討當溫度趨近於絕對零度時，導電電子的相位相干時間是否會發散或是達到一個飽和值的課題。這個課題牽涉到一個低維電子氣的「基態」行為，非常基礎而重要。由於有些學者認為，當今文獻中的某些實驗所顯示的電子相位相干時間的飽和，是受到極稀磁性雜質的影響，因此本計畫擬有系統的量測Kondo系統（如銅鐵和銅鈷）中的自旋—翻轉散射率，並決定其對溫度和電子自由程的行為。這個實驗，可以增進凝態物理學家對於磁性交互作用這一個經典多體問題的瞭解。對自旋—翻轉散射時間的定量量測，也將有助於我們釐清電子相位相干時間飽和的難題。本計畫的大部分實驗需在3He-4He稀釋致冷機中進行，以使量測溫度得以達到T << TK（TK為Kondo溫度）的條件，並且盡量逼近絕對零度。為了進行超低溫的量測，本計畫並擬與日本「理化學研究所（RIKEN）」的「低溫物理實驗室」合作，使用其超大型3He-4He稀釋致冷機，以便將金屬薄膜的電性量測，推展到10 mK甚或更低，這將成為全世界最前沿的超低溫量子傳輸實驗之一。
極低溫下電子相位相干時間之量測(II)
(2006)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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交通大學物理研究所
無序導體中電子散射時間之研究
(1998)
林志忠
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LIN JUHN-JONG
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交通大學物理研究所