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尖端晶體材料的應用與發展
新材料之開發對於工業與科學之演進至關重要，其中以能成功製備具特殊性質之單晶，以及特殊功能性元件之薄膜磊晶或單層晶體如石墨烯等，為關鍵之發展方向，近年諾貝爾物理獎獲獎主題如石墨烯單層原子晶體相關研究(2010年)及氮化鎵材料在發光二極體上之應用研究(2014年)皆屬新穎材料相關研究，其重要性可見一斑。科技部為整合台灣新穎材料開發及單晶與薄膜成長製備技術，於2012年成立了「尖端晶體材料聯合實驗室」 [Taiwan Consortium of Emergent Crystalline Materials (TCECM)]，由五個當時已具豐富經驗與傑出技術之單晶與薄膜磊晶團隊，整合高級精密技術與特殊材料，供應台灣材料物理研究所需。經三年來的努力，各團隊在材料製備上已展現世界級實力，在學術及應用方面皆成果斐然。今年以既有成員為核心，更進一步拓展為十四個國內頂尖團隊，研究範圍涵跨：先進材料分析技術、先進元件製程技術、新穎能源/功能性材料開發、基礎理論與工業應用五大方向。此外並積極尋求新合作對象，促進國內外優秀技術及人才的交流，逐步擴大影響力，並以開發材料相關新興產業為目標。
尖端晶體材料聯合實驗室所提供的平台，使國內外優秀團隊能更密切地交流。自聯合實驗室成立三年來，台灣在單晶成長與薄膜磊晶製備上，已達甚至超越現有國際水準。例如，台灣大學周方正研究員團隊成長之BiTeI單晶與林敏聰團隊合作表面穿隧掃描顯微（STM）研究，發現了類似PN接面（p-n junction）之不連續現象，極可能運用於新穎自旋電子（Spintronics）元件之製作；並且高品質單晶擁有高載子遷移率與清晰磁量子態，可深入拉許巴（Rashba）效應之晶體對稱性與電子態關係探索；其特殊長晶方法更獲得登上英國皇家化學會RSC CrystEngComm期刊封面之殊榮。另外，在拓樸絕緣體方面的研究亦有重大突破；例如，藉由高品質單晶Pb1-xSnxSe發現了狄拉克（Dirac）點連續與不連續態共存之現象，此一發現極可能帶動未來對表面能態微調控之可能性，此項與美國普林斯頓大學及波士頓學院的合作研究成果已發表於頂尖科學（Science）期刊。在產業應用合作方面，本計畫的應用策略與目標為發展產業界的核心晶體材料，藉由專利授權及技術移轉，協助廠商擴大國際市佔率。其中台灣大學陳俊維教授團隊致力於石墨烯元件光學特性研究，已能將石墨烯單層原子晶體運用於有機及矽晶等不同系統的太陽能電池之上。由於石墨烯特殊的單層原子性質，同時具備高穿透度以及高導電度，應用於太陽能電池透明導電電極上能大幅提升其效能，極具前瞻性。此外，運用單層原子及二維材料的特性，與特殊光敏材料結合，做出以不同波長之光調變造成不同摻雜模式的石墨烯電晶體元件，此研究可望促進石墨烯應用於積體電路製程的發展。而中山大學周明奇教授團隊除已開發出高放光雙摻雜閃爍晶體Ca+Ce2x: (Lu1-yYy)2(1-x)SiO5可應用於高階醫療器材──正子斷層顯影術（Positron Emission Tomography, PET）成像探頭關鍵組件，更已成功利用柴式長晶法 (Czochralski Method)生長出超高功率雷射晶體Nd:Y3Al5O12 (YAG)，可應用在國防軍事及工業加工。由於此晶體製備不易，過往國內雷射產業多倚賴國外的晶體，且大多效率較低，但我研發團隊已成功長出高品質雷射晶體，其效率約為一般商業用晶體的二倍。同時該團隊也在中山大學育成中心培養一專門設計並製造單晶生長爐的公司，能針對不同用途的特殊晶體，自行開發長晶爐以成長高品質晶體，降低國內產業界對國外晶體的依賴。基於近年的研究成果，周明奇教授榮獲2014年行政院傑出科技貢獻獎。此外，去年九月，透過尖端晶體聯合實驗室成員之努力，台灣首次舉辦世界級之大型石墨烯國際研討會，並邀請於2010年因石墨烯獲得諾貝爾物理獎之安卓蓋姆(Andre Geim)教授至大會演講。蓋姆教授對台灣石墨烯相關材料之研究能量及近年進展，亦留下相當深刻之印象。
在「尖端晶體材料聯合實驗室」之平台運作下，各團隊除將各自獨立於專長領域上追求學術卓越，也擴大橫向合作分享研究樣品，加強人才訓練及資訊交流。對內可作為技術及人才交流平台，對外更可作為一與國際學術研究交流之窗口。藉著整合國內一流之研究團隊，提高台灣在國際上的能見度與競爭力。並以「Materials from Taiwan」為品牌，建立世界級的學術研究成果來支持國家產業所需，支援新材料從基礎到應用研究相關之發展。
目前「尖端晶體材料聯合實驗室」之研究團隊名單如下:
長晶服務：國立臺灣大學凝態科學研究中心周方正研究員（新穎材料開發與單晶成長）、國立臺灣大學材料科學與工程學系陳俊維教授（高品質可調控之石墨烯相關材料之成長）、國立中山大學材料與光電科學學系周明奇教授（特殊單晶成長）、國立交通大學電子物理學系周武清教授（節能與磁性半導體薄膜磊晶）、國立交通大學材料科學與工程學系朱英豪助理教授（功能性異質氧化結構成長）、國立成功大學物理學系黃榮俊教授（二維原子級層狀材料和異質介面磊晶）
學術研究：國立成功大學物理學系呂欽山教授（強關聯介金屬材料之成長）、國立台灣師範大學物理學系邱雅萍副教授（新穎二維原子層材料與基板間的異質介面電子結構特性）、中央研究院物理研究所李定國特聘研究員（理論研究拓樸材料及異質介面物理）、國立交通大學電子物理學系羅志偉教授（尖端晶體材料之時間解析光譜研究）、國立清華大學電子工程研究所吳玉書教授（石墨烯新穎傳輸物性於元件之應用）、國立臺灣大學凝態科學研究中心張玉明研究員（建構光電熱量測顯微平台探索新穎材料的物理特性）、國立交通大學電子物理學系張文豪教授（大尺度二維層狀材料二硫化鉬之成長與電子結構之研究）
應用研究：國立清華大學電子工程研究所邱博文教授（石墨烯影像偵測器應用研究）
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