TITAN zbada polskie lasery i diody

Wysokorozdzielczy mikroskop elektronowy TITAN, który pozwala badać materiały wykorzystywane do produkcji laserów i diod został uruchomiony w Instytucie Fizyki PAN.

Od stycznia zacznie pracę dla naukowców i firm. TITAN CUBED 80-300, jeden z najlepszych tego typu mikroskopów w Europie, jest przeznaczony do badania kryształów półprzewodnikowych, stosowanych do produkcji laserów i diod oraz wszelkich urządzeń elektronicznych składających się z nanostruktur wykorzystujących efekty kwantowe. 

"Mikroskopią elektronową zajmujemy się od ponad 35 lat. TITAN zagwarantuje nam możliwość prowadzenia badań na najwyższym światowym poziomie" - ocenił dyrektor naukowy Instytutu Fizyki PAN w Warszawie prof. Leszek Sirko.

Po czterech miesiącach instalacji i testów mikroskop jest gotów do pracy.

Wysokorozdzielcza transmisyjna mikroskopia elektronowa (High-Resolution Transmission Electron Microscopy, HRTEM) to technika stosowana w badaniach ciał stałych w skali atomowej, a więc na odległościach rzędu dziesięciomiliardowych części metra.

"Tak małych obiektów nie zobaczymy za pomocą światła widzialnego. Ponieważ ma ono zbyt dużą długość fali, na przeszkodzie stają efekty dyfrakcyjne (wiązka światła ugina się - PAP)" - tłumaczy doktorant z Zespołu Mikroskopii Elektronowej IF PAN Kamil Sobczak.

Zamiast wiązki światła, do "oświetlania" próbki wykorzystuje się więc wiązkę elektronów. Mikroskop składa się z pionowej kolumny, na szczycie której umieszczono działo elektronowe, pod nim monochromator, a dalej soczewki magnetyczne kondensora formujące wiązkę elektronową kierowaną na badany preparat. Preparat to cienka płytka grubości nie większej niż 0,1 mikrona. Wiązka po przeniknięciu przez preparat trafia do soczewki obiektywu oraz systemu soczewek pośrednich, co pozwala otrzymać obraz próbki powiększony miliony razy.

Mikroskop TITAN ma również możliwość obrazowania holograficznego oraz chłodzenia oglądanej próbki do temperatury ciekłego azotu. "Unikatowe cechy przyrządu pozwalają nie tylko analizować budowę sieci krystalicznych struktur takich jak wielowarstwy, kropki kwantowe czy nanodruty, ale umożliwiają również śledzenie w skali atomowej zachodzących w nich procesów związanych ze zmianą temperatury. Oprócz wartości poznawczej, informacje tego typu mają istotne znaczenie praktyczne. Na podstawie badania mikroskopowego będziemy mogli na przykład powiedzieć producentom, jakiego koloru światło zostanie wyemitowane z konkretnego miejsca struktury półprzewodnikowej dostarczonego układu" - podkreślił dr hab. Piotr Dłużewski z IF PAN.

Dzięki nowemu urządzeniu naukowcy mogą badać także pola magnetyczne i elektryczne. W normalnych warunkach umieszczona w mikroskopie próbka znajduje się w bardzo silnym polu magnetycznym. TITAN dysponuje jednak tzw. mikroskopią lorentzowską - trybem pracy, w którym soczewki magnetyczne obiektywu pozostają wyłączone. W tych warunkach staje się możliwe badanie słabych wewnętrznych pól magnetycznych w badanym materiale, przy zachowaniu rozdzielczości kilku nanometrów. Można też mierzyć jak zjawiska magnetyczne zmieniają się w zależności od temperatury, ponieważ aparatura pracuje w warunkach pokojowych i ciekłego azotu.

"Pomiary tego typu mają szczególne znaczenie dla rozwoju spintroniki, dziedziny nauki i techniki, w której do przetwarzania informacji wykorzystuje się nie ładunek elektronu, lecz jego spin - cechę kwantową odpowiedzialną za własności magnetyczne" - poinformował Dłużewski.

Ponadto, IF PAN zakupił nowoczesne urządzenie do przygotowywania supercienkich (grubości nanometrów) próbek materiałów, które bada mikroskop. "Przygotowanie próbki zajmuje nam obecnie od kilku dni do tygodnia, ale dzięki urządzeniu FIB (Focus Ion Beam) do wycinania preparatów za pomocą wiązki jonów galu, czas ten wyniesie zaledwie kilka godzin" - podkreśliła mgr Alicja Szczepańska z IF PAN.

Nowy mikroskop zostanie wykorzystany przez kilkanaście grup badawczych z Polski i zagranicy oraz kilka przedsiębiorstw komercyjnych. Instytut Fizyki PAN planuje używać go także w celu kształcenia kadr naukowych na poziomie magisterskim i doktoranckim oraz w celu popularyzacji nauki.

Fundusze unijne zapewniły pokrycie 85 proc. kosztów zakupu mikroskopu i wyposażenia laboratorium, pozostałą część dołożyło Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

PAP - Nauka w Polsce