Фемтосекундна лазерна система

В рамките на  проекта INERA е доставена и инсталирана фемтосекундна лазерна система в Института по физика на твърдото тяло.

Фемтосекундната лазерна система се състои от титан-сапфиров регенеративен усилвател модел „Spitfire Ace“ с продължителност на импулса ~35 fs и енергия в импулса ~ 6 mJ, осцилатор „Mai Tai® SP“, напомпващ лазер „Empower® 45“ със средна изходна мощност над 45 W, и оптичен параметричен усилвател „TOPAS Prime“, представител на най-съвременните инструменти за честотно преобразуване на лъчението.

Системата може да генерира лъчение от дълбокия ултравиолет до далечната инфрачервена област (189–2000 nm), като в процеса на работа се запазват времевите характеристики на напомпващото лъчение.

Комбинацията на „Spitfire Ace“ със „Spectra-Physics’ XP“, „Mai Tai SP“ и „Empower 45“ осигурява най-стабилните изходни параметри, които могат да се получат от регенеративния усилвател от титан-сапфир. Високата стабилност на „Spitfire Ace“ го прави идеален за напомпване на различни системи за оптично параметрично усилване.

Наносистемите и нанообектите представляват интерес не само заради малките си размери, но и заради специфичния начин на взаимодействие между нано обекти. Разбирането на тяхната динамика е изключително важно и то може да бъде постигнато с помощта на съвременните техники за измерване, каквито са свръхкъсите лазерни импулси, чиято продължителност e сравнима с времената за протичане на фундаментални атомни и молекулни процеси (~10^-15 секунди).

Разработването на лазерни източници с продължителност на импулса от порядъка на фемтосекунди позволява по-добро наблюдение на свръхбързи процеси и динамични измервания с добра разделителна способност. Концентрирането на огромно количество енергия в изключително кратък импулс предлага нови възможности за разнообразни проучвания на неизследвани досега явления и системи. Светлинните импулси с кратката продължителност представляват необходимия инструмент за изучаване и на деликатни живи структури без те да бъдат увредени. Чрез тях могат да бъдат извършени модификации в обема и на повърността на материали в скалата на наноразмерите с прецизен контрол на топлинните дефекти.

Паралелно с инсталацията на фемтосекундната лазерна система, оторизиран представител на фирмата производител „Spectra-Physics“ за Европа проведе обучение на четирима млади специалисти от Работна група 5.

Oxford Nanofab Plasmalab System 100

Методът „химическо отлагане в газова фаза“ (CVD) се базира на създаването на твърд слой върху субстрат от химическа реакция в газова фаза на един или повече прекурсори, които реагират и / или се разлагат на повърхността на субстрата. По този начин, могат да се получат висококачествени слоеве от твърди материали с висока производителност. В производството на високо-технологични микро- и наноструктури CVD методът има широко приложение за отлагане на слоеве с разнообразен химически състав в различни състояния, вариращи от аморфно до епитаксиално.
Плазмено стимулираното CVD (PECVD) използва плазма за ускоряване и усилване на химичните реакции на прекурсорите. Това позволява отлагането да става при по-ниски температури, което често е от решаващо значение при производството на полупроводници.

Системата за PECVD Оксфорд Instruments “Nanofab Plasmalab System 100″ е модерен многофункционален инструмент за различни CVD и PECVD процеси. Системата има устройство за смяна на подложката при запазване вакуума в работната камера и е предназначен за подложки с размери 2″ – 8″. Максималната температура на държача на подложката е 1200 ° С, което е подходящо за нанасяне на графен. В реакционната камера може да бъде генерирана както радиочестотна (MHz), така и нискочестотна (kHz) плазма. Системата е оборудвана с шест газови линии, което позволява голямо разнообразие от химични процеси. В проекта ИНЕРА апаратурата ще се използва за производство на графен и въглеродни нанотръбички.

Наличните газове са: амоняк, ацетилен, метан (чистота 99.999%), кислород (чистота 99.999%), водород (чистота 99.999%), азот (чистота 99.999%), аргон (чистота 99.999%).

Beneq TFS 200 за отлагане на атомни слоеве

Последователното отлагане на атомни слоеве е метод за получаване на тънки слоеве от различни материали чрез нанасяне от газова фаза. Методът се базира на последователни, само-ограничаващи се химически реакции позволяващи получаването на „конформни“ покрития върху комплексни структури, прецизен контрол на дебелината и химичния състав на слоя. Отлагането на атомни слоеве е мощен метод за много индустриални и изследователски приложения.

Получената в рамките на Европейския проект ИНЕРА установка TFS 200 на фирмата Beneq е многофункционална изследователска апаратура, която дава възможност за термично и плазмено-стимулирано отлагане на атомни слоеве. Използва се капацитивна плазма, което е днешният стандарт в тази област. TFS 200 може да покрива със слоеве както плоски подложки, така и тримерни обекти с произволна форма. TFS 200 има уникални възможности за работа с различни прекурсори в различни режими при температури до 400 ^оС. Апаратурата разполага с 6 различни газови линии и резервоари за 4 течни и три нагреваеми източника, чието комбиниране дава разнообразни по химичен състав слоеве.

Възможните прекурсори са: DEZ (диетил цинк), TMA (триметил алуминий), BTBAS ((Bis(tertiary-butyl- amino)силан)), Ferrocene (bis(η5-циклопентадиенил)желязо), Cobaltocene (Bis(η5- циклопентадиенил)кобалт), Nickelocene ((Bis(циклопентадиенил) никел(II)).

Първоначалните експерименти по отлагане на тънки слоеве от чист и легиран ZnO с различна дебелина върху Al₂O₃ показаха добри резултати.

Бялата стая

Апаратурата е инсталирана в бяла стая клас 10 000 с площ около 40 м². Климатичната инсталация на помещението осигурява поддържане на температура 22^o ± 2^o C и влажност на въздуха 50% ±10%, както и ограничение на запрашеността на не повече от 10 000 частици с размер над 0.5 µm на кубичен фут. Тези параметри осигуряват условия за провеждане на авангардни изследвания в областта на нанотехнологиите.

Преносим потенциостат и галваностат (електрохимична апаратура)

 Компактна и мощна апаратура за изследвания в областта на електрохимията (SP-200, Bio-Logic) е доставена и монтирана в Института по физика на твърдото тяло. Модерната модулна експериментална установка представлява потенциостат и галваностат в един уред. В нея са комбинирани най-новите технологии в областта с отлични параметри, което я прави универсален прибор  за изследвания в областта на електрохимията. SP-200 предлага плаващ режим на работа, аналогово филтриране, вградена калибровъчна приставка и висока електронна стабилизация за по-добър контрол на клетката. Електрохимичната апаратура е закупена с допълнително оборудвана сонда за ултра нисък ток, което разширява обхвата на тока от 1 pA до 500 mA, контрола на напрежението е с точност  +/- 10 V.  Научни експерименти в областта на  импедансната спектроскопия в честотния диапазон от 10 μHz до 3 MHz са допълнителна възможност на новозакупеното устройство. SP-200 в комплект със сондата за утра нисък ток позволява множество възможни приложения в областта на фундаменталната електрохимия, нано- и био-технологиите, а така също електролизата и електросинтеза, корозията и покритията, фотоволтаиците, горивните клетки и батерии.

Мембранна филтрираща система

Напълно окомплектована лабораторна филтрираща мембранна система (MaxiMem, Prozesstechnik GmbH) е доставена и монтирана в Института по физика на твърдото тяло. Новият апарат с неговата компактна и ергономична конструкция дава възможност за извършване на всички задвижвани от разлика в налягането мембранни процеси като обратна осмоза, нанофилтруване, ултрафилтрация и микрофилтрация. Филтриращата система е съставена от корпус от неръждаема стомана, честотно управляема помпа (работно налягане до 60 бара), температурен контролер за работния съд (обем 2,5 до 100 л), гама от мембранни модули (площ от 200 cm² до 2.5 m²) и електронен дисплей. Експерименталните условия за работното налягане, производителността на помпата, температурата, потокът на пропускане …, се контролират прецизно и записват за по-нататъшен анализ и проектиране на нови производствени процеси. Модерната филтрационна установка предоставя разнообразни възможности за приложение като екстракция и концентриране на растителни субстанции за фармацевтичната индустрия, пречистване и обезсоляване на ценни продукти, мембранна филтрация в големи продуктови обеми, третиране и рециклиране на отпадъчни потоци … . Качествата на апаратурата за алтернативно сепариране на топлинно и химически неустойчиви вещества я правят уникална за целта.

Автоматизирана микрофлуидна система и компактен цитометър

Автоматизирана миркофлуидна система CellASIC™ ONIX, Merck Millipore за изследване на клетъчни култури в контролирана среда и компактен цитометър EMD Millipore Scepter 2.0 бяха закупени и доставени.

Микрофлуидната система, инсталирана към наличен в ИФТТ инвертиран микроскоп дава възможност за широк клас изследвания на кинетиката на различни биологични обекти, а така също и автоматизирано проследяване и анализ на процеси, протичащи в живи клетки в продължителен времеви интервал. Иновативната технология на закупеното устройство позволява извършване на висококачествена микроскопия на клетъчни култури, осигурява максимален контрол на клетъчната микросреда и дава възможност за изключително прецизна перфузия (контролируемо впръскване на активни съставки в околоклетъчната среда).

Компактният ръчен цитометър Scepter 2.0 осигурява бърз, прецизен и удобен метод за преброяване и характеризиране на частици и живи клетки в широк диапазон от размери на изследваните обекти. Устройството представлява дигитална микропипета, посредством коята за време под една минута получаваме информация за концентрацията, средния размер и обем, а така също и разпределението по размери и обем на изследваната клетъчна култура. Получените експериментални данни могат да бъдат лесно прехвърлени на персонален компютър за последващи обработка и анализ.

Автоматичен спектрален елипсометър

В рамките на проект ИНЕРА в Института по физика на твърдото тяло при Българска академия на науките (ИФТТ – БАН) бе доставен автоматичен спектрален елипсометър тип М2000Д.

Тази уникална апаратура, единствена досега в България, ще се използва за оптично характеризиране на тънки диелектрични, полупроводникови, метални и органични слоеве, на многослойни структури и на течни образци.

Презентация за възможностите на апаратурата бе направена на 27 ноември 2014 г. в зала “Колонада” на хотел “Интер Експо”, бул. “Цариградско шосе” 149 по време на срещата с представители на водещи компании с дейност в областта на индустриалната оптика под наслов Нанофотоника: нова оптична апаратура в ИФТТ-БАН.