「DVD我們只看到光亮的平面,透過掃描穿隧電流顯微鏡繪製平面圖型,就能觀察到隱藏在平面裡極細小的溝槽,奈米的世界就是如此的小!」交通大學落實奈米教育,大一普通物理實驗課程結合掃描穿隧電流顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope,STM)實驗,從基礎課程開始培育奈米科技人才,成為全世界唯一同時提供十五套STM儀器教學,並將STM?米科技實驗推行於普物實驗課程的大學,讓學生提前接觸引領產業趨勢的奈米科技,贏在起跑點。
擔任物理小組召集人的電物系簡紋濱副教授表示,這項新物理實驗課程結合數位化與資訊合用,奈米接近原子,可說是另一種型式的量子物理,讓大一學生透過有趣的實驗課程學習價值高、應用高的最新奈米技術,實際操作不僅更有概念,也因應未來產業及科技趨勢學習奈米基礎。簡紋濱也說,近年奈米科學與技術興起,產業界利用奈米技術,製造如二氧化鈦等奈米材料,廣泛應用在建築、衛浴產品及生物技術;學術界也廣泛推動奈米教育,如奈米K-12計畫,要推廣?米教育,在普物實驗中增加奈米科學實驗儀器,應是落實奈米教育的有效方案。
此次規劃於課程的STM儀器,是利用近代物理量子力學的隧道效應機制運作的顯微鏡,可以觀察原子排列、操縱原子、探測奈米材料的電子結構與製作微影蝕刻,是研究奈米科技廣泛使用的基本儀器設備。電子物理系大二賴廣仁表示,相對於其他實驗,STM操作性高,應用在科技上更實用,也提升了學習近代物理的興趣,「STM可說是具現代感的實驗吧!它的困難度不高,透過實驗驗證理論、了解現象,我們注意到更多細節,而且透過儀器把微小的物品巨像化,讓我們發現用『微觀』的角度觀察,世界會改變!」
開設課程的齊祖康助理教授進一步說明,一般顯微鏡僅能觀察到微米大小,STM利用隧道效應原理,以10奈米高度內的距離來回掃描導體,製作樣品表面的地型圖。齊祖康也說,普通物理實驗課程,首重物理觀念的建立,物理性質描述等抽象概念,透過實際動手操作儀器的方式,由量測、紀錄與分析來驗證物理定律,更能讓大學生明確體會抽象的物理,並提高對物理學習的興趣,不限定科系選修的課程,讓學生從大一建立觀念,有足夠的時間思考未來的方向。
交通大學普物小組從95學年度開始,開設普通物理實驗二:創新物理實驗課程,?容包括許多最新科學實驗,例如:高溫超導體、熱電效應、眼動肌電圖與掃描穿隧電流顯微鏡實驗等,測試學生對新型實驗的學習效果,並研討將實驗併入教材的可能。目前由簡紋濱副教授接任普物召集人,並由齊祖康助理教授開設創新物理實驗課程,在普物實驗技佐曹聖立及普物實驗專任助教羅謹賢、吳雪雯及陳志嘉的協助下,完成驗證將掃描穿隧電流顯微鏡納入普物實驗課程。課程將採用大班實驗教學,同時使用十五套掃描穿隧電流顯微鏡供學生實驗課使用,修習普物實驗課程的新生,都可以親身體會量子力學與奈米科技的奧妙。
掃描穿隧電流顯微鏡
掃描嘛G電流顯微鏡(英文全名為Scanning Tunneling Microscope,縮寫為STM),利用近代物理之量子力學的隧道效應機制運作的顯微鏡,藉由隧道效應保持固定的穿隧電流,來控制探針固定在表面上約10奈米高度以內的距離,並藉由壓電材料製作的掃描器,驅動探針在導體表面上來回掃描,以取得樣品表面的地形圖。用此儀器,科學家可以觀察原子排列、操縱原子、探測奈米材料之電子結構與製作微影蝕刻等,是研究奈米科技所廣泛使用的基本儀器設備。

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