穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscopy：TEM)
國立彰化師範大學物理所陳建淼研究生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

A.TEM簡介

自1930年代第一台商用電子顯微鏡於英國建立以來，由於影像解析度受限於所供輸電子能量，隨著高壓設備之成熟技術發展與建立，穿透式電子顯微鏡不斷地進步與突破。1938年，穿透式電子顯微鏡，解析度約20~30埃，到1963年，解析度提升至2~3埃；到目前為止，一百萬電子伏特(eV)以上之超高電壓穿透式電子顯微鏡也已問世(HRTEM)。 Continue reading →

柯爾磁光效應 (Magneto-Optical Kerr Effect , MOKE) 
國立彰化師範大學物理所陳建淼研究生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

A. 柯爾磁光效應介紹

隨著磁性元件應用日漸擴展，基於磁性薄膜新穎的物理特性和高技術的應用，對磁性薄膜材料的研究有越來越多的趨勢，其中柯爾磁光效應Magnetic-Optic Kerr Effect (MOKE)也是重大的發展之一，由於柯爾磁光效應可以簡單的分析磁性薄膜材料的磁特性，因此也漸漸受到了注目。 磁光效應包括法拉第效應、柯爾效應、磁線振雙折射、磁圓振二向色性….目前研究和應用最廣泛的磁光效應為法拉第效應和柯爾效應。
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光的偏振特性（一）(Polaization of light)
國立彰化師範大學光電所賴柏仲碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

十七世紀中，牛頓首先開始對光做有系統的研究，他發現到所謂的白光(White Light)是由所有的色光(Colored Light)混合而成。十九世紀初，楊氏(Thomas Young)利用波動理論成功的解釋了大部分的光學現象如反射、折射和繞射等。

1873 年，馬克斯威爾發現光波是電磁波，其中它的電波和磁波是相依相存不能分開的，電場(E)、磁場(H)與電磁波進行的方向(S)這三者是呈相互垂直的關係。
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電力上的應用（Power Applications of Superconductivity）
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

利用超導體零電阻的特性，可運用於製作超導導線。在電力工程設施中，如電力傳輸線、儲能系統、馬達、發電機及變壓器，由於線路有電阻，因此會有大量的電能損耗並轉變為熱。

若將線路改為超導體材料則可減少能量損耗。 在電力傳輸線的應用上：目前從發電廠產生的電力，運送給消費者使用，往往相距很遠，所以電力輸送時會提高電壓減少輸送途中的電力損失。因為電流在導線中流通時，會產生熱能，在半途中散發而耗損，電流愈大損失的能量也就愈大(和電流的平方成正比)。因此在輸送一定電力時，若能提高電壓則其電流相對地就會變小，也就可以減少電力的損失。因此若將導線改為超導電纜作為電力傳輸線裝置，可有效減少能量之損耗。 在儲能的應用上：可將超導材料以超導線材繞成線圈後，保持於極低溫時的超導態，並將電能儲存在超導線圈內，因為擄獲的磁場為永久電流所產生，在不消耗任何電力於線圈則此磁場將永久存在。超導磁儲能系統可以儲存非高峰期多餘的電能，以便高峰期使用。 Continue reading →

超導體（Superconductor）的應用（Applications）
國立台南第一高級中學二年級侯岳岑/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

超導體磁鐵 (Superconducting magnets) 是我們所知道最強而有力的電磁鐵，它們用於磁浮列車、核磁共振影像(MRI)、核磁共振 (NMR) 的機器以及用於粒子加速器作為操縱粒子束的射線指點 (beam-steering) 磁鐵。他們亦可以被應用在顏料產業從事磁性分離：從較少(甚至沒有)磁性的微粒背景中萃取弱磁顆粒。

超導體也可以製造數位電路板 (根據the Rapid Single Flux Quantum技術) 以及製造手機基地台的無線電波 (RF) 過濾器和微波過濾器。

可以利用超導體建立約瑟夫遜接面 (Josephson junctions) 亦即 SQUIDs (超導體量子干涉裝置 superconducting quantum interference devices) 的基礎材料，也是我們所知道最靈敏的磁力儀。一連串的約瑟夫遜裝置可作為定義 SI 制的伏特，根據特殊的運作方式，約瑟夫遜接面也可做為光子探測器或看成是混頻管 (電子管)。

被看好的未來應用包含高效率的變壓器、電力儲存裝置、電力傳輸、電動機 (作為車子前進的推進力，用於真空列車或磁浮列車上)，磁懸浮和差誤限流器 (Fault Current Limiters)。但是，超導性對移動的磁場比較敏感，所以使用交流電(例如變壓器)的設備會比使用直流電更難發展。

參考資料：http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity#Applications

磁浮 (magnetic leviation)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

講到磁浮 (magnetic leviation) 就會聯想到浮力，當物體存在於流體內部就會受到浮力的作用，而且浮力是與重力方向相反。因此當一個磁鐵接近超導體時就會受到Meissner效應的作用，即磁力線被排出超導體外，並有表面電流的產生。此表面電流所產生的磁場和磁鐵的磁場方向相反。因此超導體抗磁性的結果會產生使磁鐵浮在超導體上的現象。 Continue reading →

零電阻（Zero Resistance）
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

　　在一般導體內，電阻是因原子熱振動或晶格缺陷等阻礙電流流動所造成。在鄰近室溫時，電子在物體中流動時，主要電阻的產生為移動的電子與導體中的原子碰撞， 並將能量傳遞給導體。由上圖1為例，矽晶片上鍍上600nm厚度的鈮超導薄膜，其臨界溫度為9.2K。鈮薄膜在臨界溫度以上時呈金屬性電阻，隨著溫度的下降，電阻隨著變小。若為半導體材料，溫度上升有助於產生更多導電電子，則會有非金屬性的電阻產生。在極低溫時，電子在導體內流動對原子所構成晶格和晶格缺陷的影響作用成為電阻的主因，乃為晶格振動而造成能量損耗。金屬導體的電阻會隨著溫度降低而逐漸減少。對於普通導體即使像銅、銀這類的良導體，電子在運動的過程中也會受到阻力而散發能量，即使接近絕對零度時，仍然保有最低的電阻值，這是純度和其他缺陷的影響所致。由上圖所見，電阻在極低溫時，電阻隨著變小的溫度，降低的程度變成平緩。
　　
　　超導體的導電現象則與一般導體不同。當溫度高於其臨界溫度時，超導體表現出一般導體或半導體之特性，此時仍有電阻產生；但溫度降至臨界溫度以下時，自旋相反的成對電子組成古柏偶對（Cooper pair），電子在結構中運動不再受到晶格之影響，亦即電阻完全消失，此時電阻會驟降為零此種現象即稱為零電阻(Zero Resistance)。同時，在超導體線材裡面的電流能夠不斷地持續而不需消耗電能。
　　
　　超導現象可在各種不同的材料上發生，包括單純的元素如錫和鋁，各種金屬合金和一些經過佈塗的半導體材料。超導現象不會發生在貴金屬像是金和銀，也不會發生在大部分的磁性金屬上。

參考資料：http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductivity

混合態的磁通渦旋線 (The Mixed Stated)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

1957年阿列克謝．阿布里科索夫 (Alexei Abrikosov) 根據金茲堡-朗道理論，仔細的計算外加磁場下超導體的特性，發現超導體的另一種形態稱為第二類超導。阿布里科索夫的計算預測磁力線可穿透第二類超導，穿透的磁通是量子化的，稱為「渦漩磁通」(vortices)（如圖1）。混合態的渦旋磁通結構為量子化的通通線及環形的超流電流渦旋。對超導體施加磁場時，磁通是以量子化的形式進入超導材料中，即捕獲的磁通是量子化的Φ = nΦ ，n = 1,2,3,……。對第一類超導體而言，由於Meissner效應是完全的，所以n = 0；但對第二類超導體而言，混合態並非完全的抗磁，當外加磁場超過HC1時磁通進入超導材料中，這些磁通線被超導材料所包圍。阿布里科索夫更進一步預測，這些渦漩磁通會相互排斥，而排列成六角形的晶格 (Abrikosov lattice) 磁通的釘扎作用 (flux pinning effect) 是二類超導體特有的性質，它對提昇超導材料的臨界電流密度有很大的貢獻。 Continue reading →