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圖 新聞投稿
2021-07-13
稀磁性量子材料新發現 化學系劉沂欣團隊登國際期刊
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化學系劉沂欣助理教授團隊研究成果刊登發表於美國化學會期刊。
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磁圓二色光譜儀量樣品量測操作 (MCD,本校物理系)。
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本文之第五作者莊凱均同學於X光繞射儀前合影(XRD,本校化學系)。
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利用基質輔助雷射解吸電離儀即時分析樣品的成分組成 (MALDI,本校科技部貴重儀器)。
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本文之第一作者李棋同學口試後與實驗室成員合影。
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2021年實驗室合照。
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2021年與合作實驗室照片 。
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高能物理量測研究設備之使用 (國家同步輻射研究中心)。

化學系劉沂欣助理教授團隊研究 刊登美國化學會國際期刊

稀磁性量子材料新發現 以化學合成打破自然限制

新興無線通訊技術被視為未來加密通訊中的技術布局重點,吸引各國投入研發量子材料。國立臺灣師範大學化學系助理教授劉沂欣量子材料合成實驗室團隊,集結歷經五年實驗及跨領域研究成果,提出以有機-無機半導體材料,透過溶劑熱法引入錳離子合成原子級的二維單層半導體,於室溫下材料可呈現出極低溫下的強塞曼效應和零場分裂能,有助於開展與光源相關之自旋量子材料製備。

此稀磁性材料中的原子級摻雜技術,亦使材料具有長發光生命週期,有機會實現於腔量子電動力學及單量子點發光體的應用,並為量子材料的化學合成,取得關鍵性重要進展,論文近期刊登於美國化學會發行的《美國化學會期刊》(Journal of the American Chemical Society)。

AI趨勢帶動量子技術需求 各國競相投入研發量子密碼通信

科技進步,人工智慧將無所不在,巨量資料呈現急速攀升,高效能的傳輸(如5G)需求也愈來愈大,隨著量子科技革命催生量子計算、量子通信和量子測量等新興技術,傳統通訊受限網際網路安全性及傳輸距離,導致保密通信成本增加。透過光子傳輸來達到資料安全傳輸的設計方法、替代材料和運算架構,可有效改變與升級目前的網路資訊安全。

具加密運算技術的量子通訊(Quantum communication),利用量子糾纏進行信息傳遞的一種新型的通訊方式,是近年最受矚目的議題。因其具備訊息不可複製原理,大幅保證通訊安全,已被視為量子物理和資訊科學的研究熱點,全球先進國家都投入大量資源發展,尋求應用在量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。

隨著二維石墨烯、拓撲絕緣體及奇異超導體的發現,各國科學家對量子材料的理論及實驗持續探索,企圖以固態材料中電子間自旋偶合的相關作用,以及量子力學特性,進而探尋具奇異物理特性之材料。

其中,量子材料表現出三項獨特的特徵:場擾動、量子糾纏和超導性之響應。量子材料中的糾纏現象,可應用於訊息不可複製的加密新元件,可做為「量子通訊」中的關鍵元件及訊息處理器,視為量子材料的嶄新應用。

「量子材料」研究主題目前有七項特性待開發,包括拓樸結構(Topological)物質與量子磁通(Vortex)控制、量子糾纏(Quantum Entanglement)光源、鑽石量子感測器、創新光子學(Photonics)量子機能、無裝置(Deviceless)磁性紀錄材料、拓樸量子位元(Quantum Bit)材料及二維異質結構(Heterostructure)量子材料。以化學出發的量子材料合成實驗室,研究方向欲探討拓樸材料中鍵結對稱性原理,並評估光電技術和上述應用方向的潛在能力。

研究團隊整合跨領域學者的學術專長,包括了無機化學合成技術、同步輻射光源量測、高解析儀器鑑定、發光生命期量測、磁圓二色性等探討等,研究興趣著重於結合鈣鈦礦材料、異向性光學、自旋電子學等特性,豐沛的研發能量及技術共同在量子材料領域做出前瞻性的重大進展。目前進行中的研究成果還包括:以光學方式控制量子材料中特異方向結構秩序、自旋狀態量測、能量轉移機制探討、並合成具光學掌性的二維材料等。

研究團隊發表數十篇高影響力論文 研究成果受到學界重視

劉沂欣助理教授自民國103年起加入臺師大化學系服務,於民國107年發表兩篇於《材料化學》(Chemistry of Materials)具高影響係數論文,研究領域跨足無機半導體、濫用藥物偵測、碳循環之催化反應。

他及研究生己發表數十篇具影響力國際期刊,包括六篇《美國化學會期刊》及其他跨領域雜誌,如《應用化學》(Angewandte Chemie)、《奈米通訊》(Nano Letter)、《化學研究評述》(Accounts of Chemical Research)等,他並長年審查國際知名學術期刊的投稿。

劉沂欣說,任何成果都需努力及耐心的考驗,他與研究生透過不斷地閱讀、討論、嘗試、再嘗試的反覆過程中獲得新知,其研究成果來自數屆學生傳承及合作貢獻的結晶,最終才有機會投稿到高度影響力的期刊。他也特別感謝他的合作伙伴,是雙方的長期信任、互助合作,才使得寶貴研究成果得以在學術領域受到重視。

劉沂欣助理教授表示,化學基礎研究在發表及應用上的不同取向,一直很難兼備。研究過程中欲解決跨領域的問題,需要不斷和人學習及溝通,同時重視國際化接軌,方能有效推動跨領域整合研究。

他強調與其他院校機構合作研究的重要性,同時也結合臺師大研究能量致力推動:研究目標整合、大學社會責任、創新教學等前瞻方向,強調學生的自主學習、師生的教學相長、及國際研究人員的合作,並多次參訪國際知名大學及姐妹學校。

他解析學術界的需求及對應競爭、共存、尊重等互惠秩序,正如同量子力學中粒子的糾纏: 你不觀察它,不知道它在那裡;你一旦觀察它,原本的狀態不僅會改變(塌縮),且消失後無法確定結果且不可逆。

他也提到,無機化學其實就是不斷追尋科學背後的原理,研究過程就是探索元素奇怪的行為作用及物理起源,每每不可重覆或無跡可尋的現象,代表有更基礎的問題尚未解決。

關於未來研究方向,他希望能與光電相關系所合作,為各類化學材料進行元件測試,確認常溫下塞曼效應的實際作用,以評估未來投入量子材料之可行性。(資料來源:化學系 / 編輯:胡世澤 / 核稿:胡世澤)

論文原始連結:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c05368

社會影響及跨領域研究: https://www.youtube.com/channel/UCvGc0lcvItqsJe6-129Y31A

註:《美國化學會期刊》(Journal of the American Chemical Society)為美國化學學會的旗艦期刊,自1879年起發行的期刊,每年出版約 19,000 頁的各類文章,影響係數(Impact Factor)在2019年為14.612,為化學領域的最悠久的期刊之一,該期刊致力於發表基礎研究論文,為化學和科學相關領域的全球傑出期刊。

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