第120期 2016年7月刊
 
 
 
发行人:林恭如所长  编辑委员:吴肇欣教授  主编:林筱文  发行日期:2016.07.30
 
 
     

光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ~

【之七】

撰文:光电所硕士班学生许乔为

出国留学一直都是许多台湾学生的梦想,我也不例外。想当初在得知我很幸运获选参加EMSP双学位计划后,我就兴奋地订下了在欧洲留学期间,除了完成学业外还想要完成的To Do List,其中我最期待的一项便是深入国外的工作及创业环境。我今天将针对在欧洲留学那一年,我在那里参加的FabLab、创业竞赛以及新创环境做个简单的经验分享。

那时候的我,上半年刚抵达英国苏格兰,我忙着适应国外环境、顾好课业,在那个全镇两万人、一半还是学生的圣安德鲁斯小镇上,也见不着什么工作实习、工作坊或创业活动的机会,只好在抵达比利时后再思量。然而,下半年的我虽然身在比利时、欧盟首都布鲁塞尔,但光忙着硕士班研究就占了我大半时间。一直到毕业,我才真正有时间思考如何落实此事。当时我在比利时的学校住宿将在1.5个月的时间内到期,而那时候人还在土耳其、希腊的我原本还想继续当个背包客浪迹天涯,但后来决定结束这趟1个月的七国旅行,回来比利时好好利用这1.5个月的时间,学习1个月的法语密集课程,以及在比利时的"FabLab"临摹Maker技术。

FabLab 自造者天堂

那"FabLab"又是什么呢?它是起源于美国麻省理工学院的其中一个实验室与美国国科会合作计划,其中慢慢建立出各种Maker常用机台,如CNC钻孔机、激光雕刻机、3D打印机、印刷电路板曝光机台等,后来建立出"FabLab"公开实验室的概念,开始提供独立自造者使用他们的各种机台。而其它人如果想让自己的实验室或个人自造空间加入FabLab这个大家庭,只要符合FabLab规定:1、拥有这些常用机台。2、公开给大众使用。3、须参加FabLab的会议跟分享会等,即可挂名FabLab。而在这些年间FabLab也慢慢扩展到全球共约650间(台湾更是已经有5间FabLab了!)。

FabLab全球共650间的分布图

我去伦敦时参访的FabLab London

我待了一个月的FabLab Brussels

FabLab Brussels Makers的作品

在那里练功的一个月期间,我参考全球最大Maker网站:Instructables,做出了上面那个可以自己用麦克笔「写出时间」的小型机器手臂。在那里我遇到的欧洲Makers比台湾人更像台湾人!他们的勤奋、努力打破我在台湾常常听到欧洲人悠哉慵懒的印象。再加上像在比利时这样的先进国家里,平常能用到的物料、机台都是比台湾好上许多,对于Makers是个很友善的环境,甚至会常见到十来岁的比利时小孩出没在FabLab呢!

竞赛与创业

在我完成FabLab自学之旅、法语学校后,某天我在脸书上看到Startup Weekend,它是全球性的为期三天两夜的马拉松式创业竞赛,那时候心中高兴的不得了!这正是我To Do List中唯一还没完成的!虽然在当下只剩下两周的时间就是我的回台机票日期,在考虑了几天后,心中觉得人生要把握每个机会,便毅然决然更改机票、报名参赛!

其实到现在为止,我都还清晰记得在那个竞赛的种种事情:在两百五十人内唯二亚洲人之一、由七个不同国家的人组成团队以及竞赛第二名的佳绩(甚至在竞赛第二天突然得知法国恐怖攻击事件,而我们的竞赛点子正是为欧洲人身安全建立一个急救APP!),让我感觉「其实我也做了许多不可思议的事情呢! 」

我还特别记得最后一天的创业沙龙会,由创办人们受邀分享经验。起初我以为是主持人问几个问题,台上的创业家回答分享而已,但在开头两三分钟后,事情却不是我所想的那样。

而是全场二百五十人的头脑风暴!

在我眼中,彷佛看到了主讲者不再是台上的那两位,而是在底下坐着的所有人,没有听众、讲者地位之别,带着演讲者的气度一同提问讨论,甚至连提问的成分都少了,只是对于台上的人刚刚讲的内容给予评论,赤裸裸地表达他们的看法。

这些在我们台湾人看来,有时会觉得过于不给台上的演讲者面子,但在比利时,在乎的是大家很认真地思考问题、问题好或坏、讲者回答是否切题。另一方面,演讲者更是大器接受听众的意见,毫无忌讳场子遭人砸的小人之心。这一小时足足让我见识到欧洲人的理性、尊重但又真诚的态度,也着实让我在脑海中烙印下忘不了的一页。

在我回国后,很多人问我哪来的机会在比利时创业。与其说创业不如说新创计划,说穿了就只是几个人尝试把在创业竞赛赢得第二名的项目,做成商业成品的一个过程。而且在半年后,尚未完成兵役的我也只好放弃创业,告别我的伙伴们回台。

我起初以为这项决定最坏就是浪费半年的时间罢了。成功,再好不过;失败,经验弥足珍贵!现在再回去看当时看似疯狂的决定,有时也挺佩服自己的勇气(无知?),我也期许自己在这人生的旅途上能继续保有这样积极的态度!【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生程筠婷

Summer School,是每年EMSP发表研究成果的重要活动,也就是论文口试。从九月开始上课,到六月中完成论文撰写,最后会在六月底进行论文答辩(Thesis defense),由EMSP主办学校安排时程和评审,与台湾较不同的是,举办的形式像参加研讨会的Symposium,有不同学程的毕业生分别进行答辩,台上台下皆可提问,这次,我们分别来自化学领域、物理领域、还有光电领域,也因为所有学生集中在三天内答辩,加上往年会邀请学者、教授演讲,所以有Summer School(短期课程)的称呼。

去年(2015年)的Summer School在比利时布鲁塞尔的VUB会议厅举行,大会议室、布置、加上5至7人的评审团,更显隆重正式,图1是帛钧的答辩,旁边就坐了7位专业的评审!

由于EMSP是一个跨校合作学程,学生们常同时拥有两三个学校的学生身份,可以参加各学校的毕业典礼,但却没有特别隶属于哪个院或系,所以在Summer School的最后,所有教授规划了一个专属我们的小毕典(类似院系小毕典)!

小毕典由教授Roel Baets主持(图2),先介绍EMSP的历史、未来合作计划模式与展望后,颁发毕业证明,图3为颁发实况,背后的投影片说明了EMSP计划所涵盖的合作学校遍布各国!最后教授们邀请几位毕业生分享完成硕士论文的心得,图4是我们EMSP的同学Grigorij在分享,听完有种不愧是战友的感觉,对于描述过程中的辛苦、彼此学习、与欢乐毫不偏颇,原来大家都是经过许多努力加上一些机缘才能同聚在Summer School!

这难得聚会的尾声,主办单位特地准备了BBQ户外午餐,让大家可以放松并且多交流(图5、6)。那时,我们彼此分享了未来计划、自己的国家文化,东聊西聊,而BBQ结束后也正式为EMSP划下了句点,与教授、同学互道离别与祝福,就各奔东西,教授们回到实验室,有些同学准备回自己的国家,有些准备开始旅行,有些则回学校准备博士班的研究。

结束后,EMSP的大家提议再聚一聚,毕竟在苏格兰一起上课三个月后,大家都飞到不同城市,其中也有一位比利时同学刚从台湾回来,所以我们边走边聊,走到了市中心的一处广场,席地而坐,继续聊天打牌,买酒谈心。很多当地人也都很随性地坐在地上围成一小圈把酒言欢(图7),是一种很特别的感觉,这也才真的有完成学程、准备离开、进入下一阶段的感触了。【精彩内容,下期待续~】

图1、 答辩现场

图2、 Prof. Dr. Roel Baets主持EMSP小毕典

图3、介绍未来EMSP计划与颁发EMSP毕业证明

图4、毕业生致词

图5、Summer School后的BBQ午餐

图6、Summer School后的BBQ午餐和色拉

图7、我们到布鲁塞尔市中心续摊,在广场席地而坐

 
 

 

 
     
 
 

Dual-functional Memory and Threshold Resistive Switching Based on the Push-Pull Mechanism of Oxygen Ions

Professor Si-Chen Lee’s laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李嗣涔教授

The resistive random access memory (RRAM) becomes more and more important as the candidate to overcome the technological limitations for next-generation non-volatile memory. We have developed a special device structure (a-TiOx)/(Ag NPs)/(poly-TiOx) sandwiched between indium tin oxide (ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) electrode as shown in Fig. 1 (a) which performs dual functions, i.e., memory switching (RRAM device) and threshold switching (Selector device). When used for memory switching, the device is forming-free with low operation voltage (< ±1 V) and self-compliance to current up to 50 μA as shown in Fig. 1(b). This reduced the damage of forming process on the device endurance. When the device is used for threshold switching as shown in Fig 1(c), the reduction of the threshold currents to -2 μA and 0.1 μA in negative and positive voltage regions, respectively, is beneficial for improving the device selectivity to solve the sneak current problem in the crossbar memory arrays. It is found that the push and pull actions of the oxygen ions in the top amorphous and bottom polycrystalline TiOx films due to voltage sweeps can account for the dual-functional properties in a single device structure, as illustrated in Fig. 2.

Fig. 1. Device structure and electrical properties of the dual functional switching device.

Fig. 2. Push-pull mechanism of oxygen ions migration in the memory switching and threshold switching modes.

Y. J. Huang, S. C. Chao, D. H. Lien, C. Y. Wen, J. H. He and S. C. Lee, “Dual-functional Memory and Threshold Resistive Switching Based on the Push-Pull Mechanism of Oxygen Ions”, Nature Sci. Rep. 6, 23945, 2016.

 

Multi-Bent-Section Nano-Antennas

Professor Hung-chun Chang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 张宏钧教授

Nano-antennas are a class of nano-structures that can produce “hot spots” in a subwavelength gap of the structure due to plasmonic effects under incident electromagnetic fields and have been extensively investigated in the visible and infrared wavelength range both theoretically and experimentally. Bowtie nano-antennas or bowtie antennas (BAs), as depicted in Fig. 1, have been a popular structure. The resonant wavelength λres of the BA is proportional to the antenna length. For a given footprint size, achieving longer λres is useful in applications within the near- or mid-infrared range. We have recently proposed multi-bent-section nano-antennas (MBSNAs) which are dipole nano-antennas with multi-bent-sections and demonstrate that such simple structures can achieve long λres’s with high gap fields. The study was based on our in-house developed 3D finite-difference time-domain (FDTD) method [IEEE Photon. J. 7, 4501108 (2015)]. Referring to the BA of Fig. 1 as the basic structure, the bowtie-shaped gold film with thickness d is supported by a silica substrate with relative permittivity of 2.25, and it is air above the structure. The function of the gold is described by the Drude model [Phys. Rev. B. 71, 085416 (2005)]. The antenna footprint area is kept the same to be 450 nm × 450 nm, with the thickness d fixed to be 36 nm and the antenna gap area fixed to be 30 nm × 30 nm. Four MBSNAs with different shapes of the gold region as shown in the top of Fig. 2, each with the same d and the gap area as aforementioned, have been simulated. Every section of each antenna is with the same width of 30 nm. It can be seen the antenna structure is very simple even for the fourth one. The results of Fig. 2 is to be compared with the reference BA for which the resonance occurs at l = 1260 nm and the corresponding gap-field enhancement is 31. The proposed structures are also with wide bandwidth in the enhancement spectrum. By numerically solving the modal effective indices of the plasmonic waveguide having its cross-section as that of the gold line with the substrate of the MBSNA, the λres’s for the bent gold-line waveguide length were determined and found to be in good correlation with those of the peaks in Fig. 2. (Yu-Tsung Chen and Hung-chun Chang, in Proc. OPTIC 2015.)

Figure 1. Schematic of the 3-D representation for a bowtie nano-antenna.

Figure 2. Upper part: four different shapes of the gold region of the MBSNAs. Lower part: Gap enhancement factor versus the wavelength for the four MBSNAs. Each MBSNA has the same footprint size of 450 nm × 450 nm.

     
 
 
论文题目:奈米金属光栅与共振腔应用于增强硅量子点的量子局限放光效应

姓名:蔡宗翰   指导教授:林晃岩教授、蔡永杰教授

 

摘要

此论文实验性的研制具金属-介电质-金属奈米共振腔结构(Metal-Insulator-Metal Nano-cavity) 的非晶硅量子点发光源 (Amorphous Silicon Quantum Dots Light Emitter),并深入分析与验证其新颖的放光增强物理机制。此论文提出一个新颖的物理机制,利用奈米金属光栅 (Metal Nano-gratings) 的局域性表面电浆共振模态 (Localized Surface Plasmons mode),与奈米共振腔 (Nano-cavity) 的法布里-珀罗共振腔模态(Optical Fabry–Pérot cavity mode) 互相耦合,成功有效提升奈米共振腔中的非晶硅量子点的辐射性复合量子局限放光特性 (Quantum-Confinement-Induced Radiative Emission)。此论文提出一个具有次波长奈米共振腔搭配奈米金属光栅结构,在量子力学、表面电浆共振,以及奈米共振腔的物理基础下,成功耦合非晶硅量子点、表面电浆模态,以及光学共振腔模态,有效提升非晶硅量子点发光组件的发光强度,并窄化其放光频谱。

图一、具奈米金属光栅及奈米共振腔结 构的非晶硅量子点发光源

图二、约15 nm线宽的金属光栅其电子显微镜图


 
 
 

— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、林暐杰 —

超弹性的皮肤血氧仪

最近日本的研究人员开发了可贴附在指尖上,以确定氧气在血液中浓度的有机脉搏血氧仪(Sci. Adv. 2, e1501856; 2016)。

图一、手指上配戴超弹性有机光学传感器的照片。

传感器由Tomoyuki Yokota和东京大学的同事所制作,包括两个有机高分子发光二极管(PLED)分别操作在517奈米(绿色)和609奈米(红色),并成形为包围着有机光电探测器(OPD)的半圆。

PLED和OPD各自具有的厚度为3微米,这是比人的表皮要薄一个数量级。在有机聚对二甲苯基片上制造出发光二极管和光检测器,并由有机无机钝化层保护。事实上,后者确保了PLED和OPD不会因为空气而劣化。例如:作者观察到钝化层将PLED的操作半衰期由2小时延长至29小时。此外,各个组件的薄度可以确保机械弹性,甚至于折皱于两个手指之间PLED还能发光。

图二、超弹性有机脉搏血氧仪。(A) 脉搏血氧仪的装置结构。(B) 反射式脉搏血氧仪的工作原理。

在组装该脉搏血氧仪之前,Yokota和同事分别量测发射器和光检测器特性。该PLED在电流密度为10 mA cm–2的时候显示出约13 %的量子效率。而当在1个太阳照度的太阳仿真器照射时,OPD的功率转换效率是1.46 %,其光谱响应显示该检测器涵盖400至650奈米之间的波长。

弹性血氧仪可以用胶带贴附到皮肤上。当它包裹着手指,此组装置是在反射模式下操作:当两个PLED发射红色和绿色的光进入皮肤;而OPD则收集反射回来的光。如同传统血氧仪中,外围毛细血管血氧饱和度可以从反射的绿色和红色的光信号的大小之比例来决定,血红蛋白对这些波长的吸收对于血液中氧的浓度是很敏感的。有机血氧仪在空气中操作数天,依旧可以保持良好的稳定性,且测量出的数据与使用市售系统读出的数据一致。

鉴于这些令人鼓舞的结果,作者预期钝化层制造方法的进一步优化,将带来新型的弹性光传感器,可以运用于手术后直接贴附到器官或是对生物学功能的日常监测。

参考资料

1. Gaia Donati, Nature Photonics 10, 368 (2016)

doi:10.1038/nphoton.2016.111 Published online 31 May 2016

2. Yokota, Tomoyuki, et al. "Ultraflexible organic photonic skin." Science advances 2.4 (2016): e1501856

   
 
 
 
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