研發服務平台亮點成果獎─特優獎
使用平台：台灣儀器科技研究中心「次埃解析度（sub-Å）原子結構研究與應用研發服務平台」

電子顯微鏡是利用電子束作為光源的顯微鏡，其解析度較傳統的光學顯微鏡高出1000倍，雖發明至今不到100年，卻為近代科技帶來極大的突破。今日，穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）已能看到奈米尺度的材料結構，讓研究者在製作出材料的同時，可以了解材料的特質與缺陷並加以利用，進一步開發出低成本、高性能的新穎材料。

國立臺灣大學材料科學與工程學系特聘教授楊哲人及其團隊，和台灣儀器科技研究中心（簡稱儀科中心）「次埃解析度（sub-Å）原子結構研究與應用研發服務平台」合作，產出優異的研究成果，榮獲2021年國家實驗研究院研發服務平台亮點成果獎特優獎項。

次埃解析度顯微鏡的視野

次埃解析度的「埃」（Å）指的是長度單位，代表10-10公尺，也就是0.1奈米；而「次埃」（sub-Å）則是10-11公尺。楊哲人說明，許多工程運用的金屬材料及先進半導體元件材料，都已經進入到奈米、甚至是原子尺度的研究。假若沒有辦法觀測到研究的成果，就無從證實開發出的新穎材料確實具有更優異的性質，因此能在原子尺度「看見」材料是至關重要的技術。

材料在觀測前，需要切成像皮膚一樣薄的試片，厚度僅約100埃。透過電子顯微鏡拍攝出的2D影像，金屬內結晶的晶界（grain boundary）、晶粒（crystal grain）都一覽無遺；再透過三種不同切面的2D影像，就能還原材料的3D立體結構。

日常生活中常見的合金材料，許多都是多晶的結構，多晶晶粒中的大小、形狀，會決定金屬材料的韌性與強度。影響材料的原因，很大取決於金屬的合金種類與溫度，而這正是楊哲人團隊研究的著眼點與切入點。

原子層級的材料特性

楊哲人指出，我們眼前看到的金屬、鑽石，以及其他各種晶體，內部其實都隱藏著各式各樣的缺陷，理想中的「完美晶體」並不存在。常見的缺陷包含點缺陷、差排（dislocation）、疊差（stacking fault）等。晶體內含許多缺陷，乍聽之下似乎是件不好的事情，但只要能善用材料的缺陷，反而可以帶給人類許多幫助。

在楊哲人團隊與儀科中心合作的「國防航太級鋁合金強化材料之奈米析出物原子結構分析與研究」當中，為了了解AA7050、AA2050兩種鋁合金的奈米等級析出物在顯微結構的特性，以及析出物間的成長機制、析出物和差排間的交互作用理論，他們使用解析度0.78埃的原子解析度修正掃描穿透式電子顯微鏡，對鋁合金進行觀測。

經由觀測結果，研究團隊歸類出原子的排列結構，並觀測到析出物在成長過程中發生的碰撞而產生了結合（coalescence），誘發複雜晶界和雙晶界面（twin boundary）的現象。

跨國團隊的分工、交流與合作

楊哲人在這項研究中所領導的團隊，包含臺灣大學、陽明交通大學、清華大學、中興大學、中山大學，以及京都工業大學、宜特科技股份有限公司、美商EA Fischione Instruments，不但包含學界與產業界，更跨越了國界。

關於大團隊的橫向與縱向溝通，楊哲人認為，有效分工合作是相當重要的。以團隊成果的另一個亮點—原子層沉積（atomic layer deposition, ALD）為例，為減低實驗試片表面因電子束照射的損傷，楊哲人的研究夥伴也運用儀科中心的研發服務平台，研製出複合式電漿原子層沉積／蝕刻系統，以改進和修正實驗樣本製備和分析工作。在此合作中，負責ALD的團隊專注於技術的建立，而楊哲人的團隊則利用顯微技術的專業相互配合，共創優秀的成果。

此外，楊哲人也提及，原子層級的材料研究是各國激烈競爭的領域，台灣的研究並非領先全球，但是藉由團隊內各個單位的技術、資訊和儀器操作等經驗交流，對整體的發展和競爭力有很大的幫助。

與儀科中心合作，替航太材料創造更多可能性

儀科中心「次埃解析度原子結構研究與應用研發服務平台」配備「原子解析度像差修正掃描穿透式電子顯微鏡」，以及「原子解析度三維顯微結構」分析技術，讓許多研究得以更上一層樓，而楊哲人在此合作模式下，更產出數篇科學引文索引（SCI）期刊，並獲得許多顯微鏡相關獎項。

楊哲人除了是臺灣大學的特聘教授，同時也是台灣顯微鏡學會的理事長，關於未來，他還有很多的期許和願景。2023年，臺灣大學工學院綜合大樓啟用了雙球面像差校正之300kV場發射鎗掃描穿透式電子顯微鏡，期待在不久的將來，我們可以在國內看到更細緻也更清晰的原子結構，並研製出更堅韌且節能的材料。