UE își propune să stimuleze generarea de nanostructuri cu fascicule de ioni focalizate

Un fascicul de ioni cu focalizare fină (FIB) este un instrument foarte util în nanotehnologie și analiză. Până acum, oamenii de știință au folosit în principal tehnologia FIB pentru a prepara probe pentru anumite tehnici microscopice, cum ar fi depanarea în industria semiconductoarelor. Dar FIB-urile pot face mult mai mult.

Proiectul rețelei COST finanțat de UE „Tehnologia ionilor focalizați pentru nanomateriale – FIT4NANO”, inițiat de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), își propune să reunească cercetători și companii din întreaga Europă pentru a dezvolta în comun tehnologia și a deschide noi aplicații .

Un instrument cu fascicul de ioni focalizat este similar cu un microscop electronic cu scanare, cu diferența principală că oamenii de știință folosesc ioni în loc de electroni. În mod caracteristic, FIB-urile în domeniul energiei reduse de mai puțin de 50 kiloelectronvolți au un diametru mic al fasciculului în domeniul nanometrilor și sub-nanometrilor, densitatea mare a curentului și o selecție diversă de ioni utilizabili.

„Datorită acestor proprietăți, fasciculele de ioni focalizate oferă un potențial mare pentru multe alte aplicații în nanotehnologie”, explică Gregor Hlawacek, șeful grupului „Nanostructuri induse de ion” la Institutul de cercetare fizică și materiale ale fasciculului ionic HZDR și coordonator al proiectului FIT4NANO . „De exemplu, poate fi folosit pentru a structura flexibil suprafețele la nano-scară sau pentru a modifica în mod specific proprietățile materiale locale. Tehnologia noastră ar putea fi semnificativă pentru tehnologia cuantică, industria semiconductoarelor sau modificarea materialelor bidimensionale – materiale cristaline formate din doar unul sau doar câteva straturi de atomi sau molecule. FIB-urile vor juca, de asemenea, un rol important în viitoarele aplicații medicale. ”

FIT4NANO își propune să conecteze dezvoltatorii, producătorii și utilizatorii de tehnologie FIB din toată Europa și să creeze oportunități de contact și schimb. Obiectivul este de a strânge rezultatele fundamentale privind utilizarea fasciculelor de ioni focalizate, de a facilita cooperarea și de a dezvolta împreună noi produse și tehnologii de aplicare. Aproximativ 80 de grupuri de lucru experimentale și teoretice din 30 de țări participă la proiect.

Nanotehnologia de nouă generație

Proiectul se concentrează pe nanostructuri și materiale funcționale, precum și pe metode analitice bazate pe fascicul de ioni. Proprietățile electrice ale materialelor 2D, de exemplu, pot fi modificate la scară nanometrică, astfel încât conductorii să se transforme în semiconductori. Cercetarea comunicării cuantice are ca scop explorarea defectelor materialelor 2D și încorporarea ionilor individuali. O aplicație cu ioni de heliu, cum ar fi microscopia cu ioni de heliu, facilitează informații directe asupra probelor biologice, cum ar fi structurile celulare și particulele de virus. Un astfel de exemplu este interacțiunea SARS-CoV-2 cu așa-numitele celule vero care sunt utilizate în producerea vaccinurilor, permițând fizicienilor cu raze ionice să contribuie la dezvoltarea de noi vaccinuri împotriva virusurilor corona. Grupurile de cercetare HZDR și partenerii lor folosesc, de asemenea, FIB-uri pentru a detecta procesele de degradare a bateriilor cu litiu sau a mineralelor din depozite noi de minereu.

Programul de patru ani a început la mijlocul lunii octombrie 2020 cu o conferință video. „Am definit trei domenii principale de conținut”, explică coordonatorul proiectului. „În primul rând, dezvoltarea în continuare a tehnologiei focalizate cu fascicul de ioni; în al doilea rând, aplicarea sa la materiale funcționale nanostructurate; și, în sfârșit, fundalul teoretic al interacțiunilor dintre ioni și solide. ” Pentru a facilita schimbul și transferul de cunoștințe între participanți, vor fi întâlniri anuale generale de proiect, instruire pentru doctoranzi și post-documente, schimburi științifice mai scurte, baze de date comune și publicații comune. Programul UE COST (Cooperare europeană în știință și tehnologie) oferă până la 120.000 de euro pe an pentru activitățile de rețea.

Citeste si:  Telefonul mobil va putea fi reîncărcat în 30 de secunde - VIDEO

Schimb în patru grupuri de experți
Cel mai mare grup de cercetare este format din utilizatori care doresc să valorifice fasciculele de ioni focalizate pentru analiza materialelor și să producă nanomateriale noi în gama de nanometri cu o singură cifră. Mulți oameni de știință din acest grup provin din ITC (țări orientate spre incluzivitate), adică țări europene „mai puțin cercetate și mai inovatoare”. Proiectul oferă cercetătorilor de la diverse discipline acces la echipamente de ultimă generație care altfel nu le-ar fi fost disponibile.

Un alt grup este format din dezvoltatori de tehnologie academică și comercială care dezvoltă împreună surse de ioni suplimentare, cum ar fi fier, cobalt sau aliaje de nichel pentru utilizare în aplicații FIB, sau pentru a crea noi suporturi de probă, detectoare și alte instrumente îmbunătățite.

Citeste si:  India vine la Tesla cu o ofertă de costuri de producție mai ieftine decât China

Grupul „Teorie și simulare” caută să înțeleagă mai bine interacțiunile dintre ioni și solide, care au fost deja bine explorate în intervalul de micrometri relativ mare. Cu toate acestea, atunci când oamenii de știință își utilizează FIB-urile pe structuri din domeniul nanometric, totuși, procesele neglijabile anterior la marginea eșantionului, cum ar fi pierderea materialului, devin disproporționat de importante. În plus, ionii nu-și mai pot elibera toată energia în interiorul eșantionului, rezultând o abatere de la efectul scontat. Există, de asemenea, alte procese în dimensiunea eșantionului cu o gamă de nanometri care nu sunt încă înțelese. De exemplu, cercetătorii observă uneori o stabilitate structurală surprinzătoare împotriva efectului distructiv al fasciculului de ioni focalizat și adesea chiar opusului. Pentru a dezvolta noi aplicații, este fundamental important să abordăm aceste probleme.

Transfer de cunoștințe și baze de date

Al patrulea grup este dedicat comunicării și relațiilor publice. Scopul este de a promova transferul de cunoștințe, nu numai între grupuri, ci și către industrie și publicul laic interesat. Inițiatorii proiectului ar dori să introducă profesorii și elevii în activitatea lor de a genera entuziasm, de exemplu prin dezvoltarea și furnizarea de materiale didactice.

Cheia unei colaborări reușite în rețea este accesul la informații, mai ales atunci când acestea nu sunt încă disponibile pentru mulți dintre participanți, cum ar fi informații despre facilitățile disponibile în toată Europa sau date și cunoștințe metodologice. O nouă bază de date numită „Almanahul FIB” va lista instrumentele speciale, disponibilitatea acestora și gamele de aplicații. În plus, grupul va crea un „Atlas FIB” care conține date de referință și o bază de date cu ioni și materiale în care oamenii de știință pot găsi informații despre metode, condiții standard sau soluții existente la problema lor specifică de cercetare.

Schimbul între grupurile de cercetare va fi inițial limitat la întâlniri virtuale. „O primă întâlnire online este planificată pentru primăvara anului 2021”, proiectează Gregor Hlawacerk. „Sperăm că în cele din urmă ne vom putea întâlni personal la marea conferință anuală de la sfârșitul verii.”

Sursa: Institute of Ion Beam Physics and Materials Research at HZDR
Citește și
Spune ce crezi

Adresa de email nu va fi publicata

Consent management powered by Real Cookie Banner