Nanostruktury powierzchniowe

Aparatura

System UHV I i II: Mikroskopy PEEM/ LEEM (Photoemission Electron Microscope/ Low Energy Electron Microscope) firmy Elmitec

Mikroskop PEEM jest spektroskopowym fotoemisyjnym mikroskopem elektronowym pracującym w warunkach  ultra wysokiej próżni (UHV). Mikroskop PEEM wyposażony jest w analizator energii. Obecnie zainstalowany jest jako stacja końcowa w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS na linii DEMETER.
Mikroskop LEEM pracuje na elektronach niskoenergetycznych w warunkach UHV i wyposażony jest w analizator energii oraz korektor aberracji. Mikroskop może pracować w trybie fotoemisyjnym z lampą rtęciową (PEEM)
Mikroskopy przeznaczone są do obrazowania nanostruktur powierzchniowych w mezoskali w czasie rzeczywistym w zakresie temperatur od (-180 ÷ 1200°C).
W mikroskopach można mierzyć próbki przygotowane zarówno ex-situ jak i in-situ.
Każdy z mikroskopów jest wyposażony w komorę preparacyjną zawierającą:

  • układ do epitaksji z wiązek molekularnych (MBE)
  • spektrometr elektronów Auger’a (AES)
  • dyfraktometr elektronów niskoenergetycznych (LEED)
  • analizator gazów resztkowych (RGA)
  • działo jonowe
  • system dozowania gazów
  • manipulator umożliwiający grzanie próbek od temperatury pokojowej do 2000 o

Systemy próżniowe działają w oparciu o uchwyty na próbki typu Elmitec. Dostępne są adaptery umożliwiające pracę z nośnikami próbek typu FLAG.

System UHV III: Aparatura do analiz w warunkach próżniowych warstw epitaksjalnych na monokrystalicznych podłożach

Ultra wysoko próżniowy system badawczy z próżnią bazową < 1*10-10 mbar  oparty na nośnikach próbek typu PTS  i FLAG. System umożliwia między innymi preparatykę warstw w zewnętrznych polach magnetycznych o różnej orientacji, preparatykę warstw na podłożach poddanych naprężeniu i pomiary transportu elektrycznego in situ w trakcie nanoszenia warstw.

Wyposażenie:

  • układ do epitaksji z wiązek molekularnych (MBE)
  • spektrometr elektronów Auger’a (AES)
  • dyfraktometr elektronów niskoenergetycznych (LEED)
  • skaningowy mikroskop tunelowy (RT-STM)
  • spektrometr Mössbauera elektronów konwersji (CEMS)
  • bombardowanie i trawienie jonowe;
  • chłodzenie/grzanie próbek w zakresie 100 K – 2000 K
  • analizator gazów resztkowych (RGA)
  • system dozowania gazów
  • pomiar magnetooptycznego efektu Kerra (MOKE) w różnych geometriach

System UHV IV: Aparatura do badań powierzchni ciał stałych litych i proszkowych w warunkach ultra wysokiej próżni (UHV)

Ultra wysoko próżniowy system badawczy z próżnią bazową < 2*10-10 mbar  oparty na nośnikach próbek typu PTS  .

Wyposażenie:

  • układ do epitaksji z wiązek molekularnych (MBE);
  • spektroskopia fotoelektronów (XPS);
  • mikroskopia ze skanującą sondą (SPM:STM/AFM);
  • dyfrakcja niskoenergetycznych elektronów (LEED/AES);
  • temperaturowo programowalna desorpcja (TPD); (RGA SRS 200);
  • chłodzenie/grzanie próbek w zakresie 100 K – 2000 K;
  • bombardowanie i trawienie jonowe;
  • analizator gazów resztkowych (RGA);
  • system dozowania gazów;
  • pomiar magnetooptycznego efektu Kerra (MOKE) w różnych geometriach

System V: Spektrometr mössbauerowski do pomiarów ciał stałych litych i proszkowych oraz cieczy

Spektroskopia Mössbauerowska umożliwia badania lokalnych właściwości chemicznych, strukturalnych oraz magnetycznych materiałów w fazie stałej. Pracownia dysponuje źródłami 57Co, które pozwalają na pomiary próbek zawierających żelazo. Izotopem aktywnym mössbauerowsko jest 57Fe, którego naturalna abundancja wynosi 2%. W związku z tym, dolna granica koncentracji żelaza, dla której pomiary są bezproblemowe dla próbek z naturalną zawartością Fe to ok. 3 at. %, natomiast granica ta przesuwa się do ułamków procenta dla próbek wzbogaconych (niestety izotop 57Fe nie jest tani). Pomiary wykonywać można w transmisji lub w rozproszeniu. Do pomiarów w transmisji próbka musi być cienką folią lub pastylką o powierzchni rzędu cm2 oraz powierzchniowej gęstości Fe rzędu 1 – 10 mg/cm2. Pomiary można wykonywać w zakresie od 80 K do temperatury pokojowej. Dzięki kriostatowi można wykonywać pomiary próbek ciekłych po ich zamrożeniu. W tej opcji, do pomiarów cieczy organicznych o niskiej koncentracji żelaza wykorzystuje się specjalne pojemniki mieszczące ok. 1 cm3 cieczy. Do pomiarów w geometrii rozproszeniowej wykorzystywana jest technika detekcji elektronów konwersji. Próbki (w zasadzie o dowolnym kształcie, ale w formie stałej) są montowane w detektorze przepływowym, w którym gazem roboczym jest mieszanka He-10% CH4. Pomiary można wykonywać przy obniżonej temperaturze (do ok. 150 K) oraz w niewielkim polu magnetycznych, co pozwala na charakterystykę właściwości superparamagnetycznych nanocząstek.

Wyposażenie:

  • Źródła 57Co, które pozwalają na pomiary próbek zawierających 57
  • Kriostat do pomiarów w geometrii transmisyjnej w zakresie od 80 K do temperatury pokojowej.
  • Pomiary wykonywać można w transmisji lub w rozproszeniu.

Wymagania dla próbek:

dla próbek z naturalną zawartością Fe dolna granica koncentracji żelaza, dla której pomiary są bezproblemowe to ok. 3 at. %, natomiast dla próbek wzbogaconych izotopem 57Fe granica ta przesuwa się do ułamków procenta.

Wymagania dla próbek mierzonych w transmisji:

  • cienka folia lub pastylka o powierzchni rzędu cm2 oraz powierzchniowej gęstości Fe rzędu 1 – 10 mg/cm2.
  • próbki ciekłe mogą być mierzone po ich uprzednim zamrożeniu. Pomiar w specjalnych pojemnikach mieszczących ok. 1 cm3 cieczy (jeśli gęstość tej cieczy jest zbliżona do gęstości wody).

Wymagania dla próbek mierzonych w rozproszeniu:

Próbki (w zasadzie o dowolnym kształcie, ale w formie stałej) o maksymalnym rozmiarze rzędu 20 mm. Pomiary można wykonywać przy obniżonej temperaturze (do ok. 150 K) oraz w niewielkim polu magnetycznym, co pozwala np. na charakterystykę właściwości superparamagnetycznych nanocząstek.