成大晶體成長實驗室成長出上百種單晶 全球罕見 一年內四度登上國際頂尖期刊
文、圖／成大新聞中心
要研究開發先進材料，擁有單晶成長的技術不可或缺。在國家科學及技術委員會補助下，國立成功大學物理系特聘教授呂欽山主持的晶體成長實驗室，經過 10 多年的努力，逐漸開花結果，透過實驗室成長的高品質單晶與國內外超過 80 個研究團隊進行學術合作研究，光是去年一年，就有 4 篇晶體材料研究的論文，登上國際頂尖「自然（Nature）」系列期刊，成績斐然。
成大物理系特聘教授呂欽山（右）與長晶專家郭家農（左），多年來提供實驗室產出的單晶給國內外超過 80 個研究團隊，去年有 4 篇晶體材料研究的論文登上國際頂尖「自然（Nature）」系列期刊，成績斐然
在學術界領域要發表一篇自然系列期刊論文，往往要花費數年時間並投入許多資源，僅極少數團隊能做到，而呂欽山教授團隊能一口氣一年裡就發表 4 篇，在國內幾乎無人能出其右。
呂欽山教授表示，為促進國內晶體材料研究水準及提升新穎材料的研發競爭力，國科會在 2012 年結合國內專家推動尖端晶體計畫並成立台灣自主的「尖端晶體材料聯合實驗室」（Taiwan Consortium of Emergent Crystalline Materials, TCECM），成大的長晶團隊為其中重要的一份子。多年來不僅在學術研究有豐富的成果，更努力拓展到應用層面，以「Materials@Taiwan」為概念，開發出許多台灣自行成長的新穎單晶材料，供學術界及產業所需。
成大物理系特聘教授呂欽山主持的晶體成長實驗室，經過 10 多年的努力，逐漸開花結果
呂欽山教授表示，長晶技術對先進材料的研發相當重要，在實驗室內利用各種的化學元素與生長設備精密調控，不斷反覆嘗試而成長出各式具獨特性質與應用潛力的單晶。目前有深厚基礎研究與工業實力的大國例如美、德、日、中等，都有大型常設研究機構積極投入晶體成長，而過去在台灣要研究新材料，必須透過這些機構提供晶體或向國外購買，導致研究過程受制於人錯失先機，因此才有尖端晶體聯合實驗室成立的必要性與急迫性。
他表示，成大團隊在長晶專家郭家農博士的努力下，持續累積成長出超過 100 種不同類型的高品質單晶，此亮麗的成果在全球知名長晶實驗室中，亦屬罕見，因為大部分實驗室只能專注於 2、3 種的晶體，因此成大能與國內外眾多研究團隊合作，並且產出豐碩的成果，目前累計合作中的外國實驗室已超過 20 個。
成大晶體成長實驗室產出的二維材料晶體，可反覆用膠帶撕貼，形成單層的二維晶體材料
僅去年一年就有 4 篇相關論文發表在自然系列期刊上，包括與美國麻省理工學院團隊合作，由成大提供高品質的二維半導體材料二硫化鉑（PtS2）單晶，用以驗證突破性的凡德瓦材料轉印於基板的製作技術，成果刊登在自然電子學（Nature Electronics）。
呂欽山表示，另外 3 篇都是與國內團隊合作，包括與國科會前自然處處長羅夢凡教授團隊合作，由成大提供二維材料鉑碲化合物（PtTe2）單晶，進行甲醇分解反應的研究；與陽明交通大學的超快光學專家羅志偉教授團隊及台大凝態中心主任朱明文博士團隊合作，由成大提供碲化銅（CuTe）單晶，進行電荷密度波研究，成果都刊登在「自然通訊（Nature Communications）」上。
國科會「尖端晶體材料聯合實驗室」補助下的成大晶體成長實驗室目前已能產出上百種高品質的單晶，在全球知名長晶實驗室中，亦屬罕見
郭家農博士表示，大自然中的礦物結晶要花數千數萬年才能慢慢形成，而實驗室裡要長出晶體，不僅需要調整各項參數並設計多種長晶方式，每一次實驗也要花費數十天甚至上月的時間，因此要成功成長出一種單晶，經常要數十次的錯誤嘗試調整，是極需要耐心與毅力的工作。看到自己成長出的各式晶體能幫助各領域研究，就覺得再辛苦也值得，而且唯有透過低缺陷高純度的晶體，才能獲得正確的物理性質的資訊，使實驗結果與理論計算得以驗證。
郭家農博士表示，自己也會出於好奇心，嘗試從未有人做過的晶體。像是具有超導體特性的金錫化合物 AuSn4、具催化特性的拓樸半金屬材料 Pt3Te4 與 NiTeSe 等，成大晶體成長實驗室是全世界第一個成功生長這些單晶的團隊。
成大晶體成長實驗室開發產出的高品質單晶，提供國外20多個研究機構，進行先進材料的研究
而呂欽山因長期投注在晶體材料研究與推廣，去年在台灣物理學年會中，獲頒「中技社傑出物理學術獎」，表彰他對鏈結國內外晶體材料的研究合作，所做的卓越貢獻。透過這些合作，呂欽山近五年發表在國際期刊論文超過 80 篇，成果相當豐碩。
以下是 4 篇 Nature 系列期刊論文出處：
"Van der Waals device integration beyond the limits of van der Waals forces via adhesive matrix transfer",
Nature Electronics 7, 17-28 (2024).
"Investigating the role of under-coordinated Pt sites at the surface of layered PtTe2 for methanol decomposition",
Nature Communications 15, 653 (2024).
"Three-dimensional ultrafast charge-density-wave dynamics in CuTe",
Nature Communications 15, 2386 (2024).
"The growing charge-density wave order in CuTe lightens and speeds up electrons",
Nature Communications 15, 9345 (2024).
維護單位:
新聞中心
更新日期:
2025-02-18
