Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanofabrication

Molecular Beam epitaxy Facility til Design Custom Materialer for Scientists

Published on December 8, 2010 at 6:50 AM

Instrumentet brukes til molekylær stråle epitaxy (MBE) ser litt ut som det galskap modulen, med spinkel metall ben fôring i en stor sylindrisk beholder. Men denne enheten ikke er på vei mot månen-det delves i molekyler i stedet, hjelper forskerne lage nye materialer lag på lag med nesten atomic presisjon.

Den MBE anlegget, som ligger ved US Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory , kunne gi grunnlag for nye materialer for å forbedre brenselceller, elektronikk og batterier.

Argonne forskere Anand Bhattacharya (til venstre) og Tiffany Santos flankerer molekylær stråle epitaxy instrument, designet for å lage materialer med nær atom presisjon.

"Dette er begynnelsen på en ny æra av materialer oppdagelse og syntese," sier Anand Bhattacharya, en Argonne fysiker som designet instrumentet. "I de rette hender, kan det virkelig forandre materialvitenskap. I prinsippet de materialene vi kan være i stand til å gjøre er begrenset bare av fantasien vår."

Basert på Argonne Senter for nanoskala materialer, instrumentet nylig ble tilgjengelig for forskere verden rundt som sender inn forslag til tid på maskinen. Tiffany Santos, en Argonne vitenskapsmann som leder brukeren vitenskap aktiviteter, sier dusin studier pågår så langt har undersøkt alt fra katalyse til superledning.

For eksempel er Santos og kolleger jobber med å lage materiale som magnetiske egenskaper kan kontrolleres med et elektrisk felt. Dagens datamaskiner og andre digitale enheter lagre data på harddisker og minnekort, komponenter som må kontrolleres med et magnetisk felt. "Det er langsom og også avfall energi," Santos sa. "Når en datamaskin er slått av, trenger den en lang oppstartstid når du slår den på igjen fordi kondensatorer må lades opp for å gjenopprette minnet."

Det ultimate målet er å perfeksjonere et system av flyktig minne, det vil si et system hvor dataene forblir lagret selv når enheten er slått av. "Vi kan gjøre dette ved hjelp av et elektrisk felt for å kontrollere magneter," Santos forklarte ", som er mer lokal enn et magnetisk felt, og det ville også tillate oss å gjøre enhetene mindre og mer effektiv.

"Det ville være et stort gjennombrudd for å eliminere det magnetiske feltet," Santos sa. "Det ville alle men eliminere boot-up tid, og enheten vil også forbruke mindre energi-we'd eliminere varmebelastningen fra bortkastet energi å lade kondensatorer."

Lage materialer som ville fungere på nye måter er grunnen til den molekylære strålen epitaxy instrumentet ble utformet. Maskinen kan mote superlattices, eller lag av materialer med atomically skarpe grensesnitt. Det kan også lage høykvalitets filmer som opprettholde den krystallstrukturen som låner materialer deres unike egenskaper.

"Lagdeling lar deg lete etter nye eiendommer, noe som gjør skarpe grensesnittene mellom de forskjellige lag tillater dem å påvirke hverandre på unike måter," Santos sa.

Enheten er omgitt med beholdere, som hver inneholder ulike rene metaller som kan varmes opp til mer enn 2500 grader Fahrenheit-så varmt de faktisk fordamper. Strålen av fordampet metall atomer skyter inn i en sentral kammer under en ultra-high vakuum. Der møter stråler av ulike metaller, treffer et substrat og reagerer med oksygen for å danne et sammensatt i perfekt strukturert krystallinsk lag. Da forskerne kan gjenta prosessen for å legge til flere lag.

Argonne maskin er også unik i sin bruk av ozon (O3) til å reagere med metaller, snarere enn rent oksygen (O2). "Ozon er mer reaktiv, noe som betyr at det obligasjoner lettere med metaller," Santos forklart. "Dette gjør færre feil i det ferdige sammensatte."

Fordi det er slik et nytt felt, designe tilpassede materialer tar teoretisk arbeid og en liten finesse, forskerne sier. "Som enhver god kokk vil fortelle deg, kan du ha det beste rikholdig pantry," sa Bhattacharya, "men det beste kokker vil velge den enkleste ingredienser og komme ut med noe som er spektakulært."

Skrevet den 8 desember 2010

Last Update: 8. October 2011 23:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit