Össztűz ion- és elektronágyúval

Az Index Tudományos Munkacsoportját Bársony István, az MTA MFA kutatóintézetének igazgatóhelyettese és Tóth Attila tudományos főmunkatárs avatta be a részletekbe.

A nanomegmunkáló berendezés arra való, hogy a kutatók az ötszázezerszeres nagyítású elektronmikroszkóp alatt néhány nanométeres (1 nanométer = 10^-9 méter) szerkezeteket tudjanak megvizsgálni. Az ionágyú és a lokális gázbevezető rendszer segítségével a szerkezetek módosítására is lehetőség nyílik: az ionágyúval vésni lehet a vizsgált anyagokat, illetve a bevezetett gázok segítségével miniatűr áramköröket lehet rájuk illeszteni.

Biochipek és nanoérzékelők

Tekintse meg képeinket

A nanotechnológia a száz nanométernél kisebb méretekkel foglalkozik, ahol jelentősen megváltoznak az anyagok tulajdonságai, mivel itt már a kvantumhatások is érvényesülnek. Bársony István szerint ebben a mérettartományban a fizikát, a kémiát és a biológiát már nem lehet különválasztani, a három tudomány összemosódik. A nanotechnológiával foglalkozó kutatók többek között olyan új területeken próbálnak eredményeket elérni, mint például a biochipek és a nanoérzékelők gyártása, ehhez azonban a tudósoknak szükségük van egy különleges elektronmikroszkópra, amellyel a nanomegmunkálás nyomon követhető.

A pásztázó elektronmikroszkópok az elmúlt négy évtizedben a legkülönbözőbb kutatási területek nélkülözhetetlen műszerei lettek. A nanotechnológiában azonban csak azután váltak alkalmazhatóvá, miután az új típusú elektronoptika, a téremissziós katód, a speciális lencserendszer és detektorok segítségével nem csak a 3-10 nm sugárátmérő, hanem az egész gerjesztett térfogat is nanotartományba került. Ezáltal a létrehozott nanoméretű objektumok megfigyelhetők, valamint a lokális fizikai alapkísérleteket és technológiai méréseket lehet végezni a nanoszerkezetek tulajdonságainak meghatározására. A LEO Gemini típusú elektronmikroszkópjai 1 keV energiával 2,8 nm sugárátmérőt garantálnak, ami a maga 500 000-szeres nagyításával valóban ablakot nyit a nanovilágra.

Mikrogödrök és lepkeszárnyak

A LEO 1540XB típusú nanotechnológiai megmunkáló állomás hazai és regionális viszonylatban is egyedi berendezésegyüttes, mely egy Gemini téremissziós pásztázó elektronmikroszkópból, egy pásztázó ionporlasztásra képes fókuszált ionnyalábrendszerből és a megfigyelt felület alakítását lehetővé tevő lokális gázbevezető rendszerből áll. A rendszer keresztnyalábos, tehát az ionsugár használata közben a mikroszkóp elektronsugárának segítségével folyamatosan látható a megmunkált felületet.

A nanogép mikroszkópjával a természetben előforduló képződményeket, például a lepkék színes szárnyának a felépítését, és mesterségesen előállított anyagokat, például szén nanocsöveket és "nanoostyákat" (porózus szilícium multirétegeket) egyaránt meg lehet vizsgálni.

A nagyenergiájú pozitív gallium ionnyalábbal például 10x10x10 mikrométer méretű gödröt lehet ásni egy optikai célokra létrehozott "nanoostyába" majd a gödör oldalát ionsugárral polírozva a minta keresztmetszete vizsgálható. Olyan gázokat is lehet használni, amelyekből az ion- és az elektronsugár alatt fémes (wolfram, platina) vagy szigetelő réteg válik le, ezáltal tetszőleges rajzolatú vezető vagy szigetelő csíkokat lehet létrehozni nanoméretekben. Például egy szén nanocső két végére ilyen "nanodrótot forrasztva" a kutatók megvizsgálhatják a cső áramvezetési tulajdonságát.

Van mit kutatni, de nincs kinek?

Bársony István elmondta, hogy az intézet legalább tizenkét olyan kutatási témával foglalkozik, amelyben kulcsfontosságú szerepet kaphat a műszer. Ilyen például a fotonikus szerkezetek, kristályok, a gázérzékelés és a molekula szintű érzékelés. Ez utóbbi a biológiai és kémiai fegyverektől való félelem miatt igen fontos terület, amelyhez hazai lehetőségeinkkel is jelentősen hozzájárulhatunk.

Klikk a képre!

A nanomegmunkáló rendszert jelenleg két minősített kutató tudja rutinszerűen kezelni, de a PhD képzések résztvevői is megtanulhatják a használatát. A gépet két műszakban használják. Az elektron-, ion- és gázforrás beszerzése drága, és a működtetéshez különböző forrásokból szereznek pénzt, például nemzetközi kutatási projektekben, pályázatokban való részvétellel.

Az igazgatóhelyettes tudomása szerint Magyarországon "pillanatnyilag legfeljebb egy-két olyan kisvállalat létezik, amely érdeklődik az eredményeink iránt, de a kutatások finanszírozásába õk sajnos aligha tudnak beszállni. A hazai kutatások missziója épp az, hogy feltámassza az igényt az eredmények hasznosítására."