Ny forskning om nanosystem av silver på kiselytor har publicerats i en doktorsavhandling på Karlstads universitet. Det handlar om nya metoder för att forma silverfilm på kisel, vilket har gjort det möjligt att i mer detalj studera intressanta kvantmekaniska fenomen.
- Jag har sysslat med forskning inom nanovetenskap eller mer specifikt materialfysik, med mätning av nanometertunna silverfilmer på kisel, säger Samuel Starfelt, doktor i materialfysik. Kisel är en halvledare som används flitigt inom datorindustrin, medan silver är en metall med bra strömledaregenskaper. Eftersom industrin hela tiden strävar efter allt mindre datorkomponenter, så är det viktigt att förstå vilka nya fysikaliska fenomen som uppstår när de når nanoskalan.
Kvantbrunnstillstånd
- Kvantbrunnstillstånd har länge funnits som teoretiska räkneexempel i fysikutbildningar, och teknologisk utveckling har gjort det möjligt att både tillverka och mäta nanosystem med dessa egenskaper. Ett exempel på det är just tunna silverlager på kiselytor som jag har studerat, säger Samuel Starfelt.
Forskningen har gått ut på att forma extremt tunna lager av silver på kisel för att sedan studera hur atomerna och elektronerna uppför sig. Dessa lager är endast ett fåtal atomer tjocka. Med så tunna lager formas kvantbrunnstillstånd, ett intressant fysikaliskt fenomen som liknar elektronernas energinivåer i atomer. Tidigare har sådana silverlager varit begränsade i hur tunna de kan bli samt krävt nedkylning med flytande kväve för att kunna formas. Forskningen har visat att genom att först lägga på ett tredjedels lager med gallium, som är en annan metall, på ytan så kan silvret forma jämna lager i rumstemperatur och nå ända ner till tjocklekar på endast två atomer. I studien har även lager med indium och tenn testats.
En begränsning när man gör sådana experiment är att de måste utföras i ultrahögt vakuum. Ungefär som att utföra experimenten på månen. Detta på grund av att de ämnen som finns i luften, framför allt syre, vatten och koloxider lätt reagerar med provet och förstör den struktur man vill mäta.
- Jag har varit i Lund och gjort en del experiment i MAX-lab och även här på Karlstads universitet i vårt sveptunnelmikroskop, säger Samuel Starfelt.
Grundforskning är en förutsättning för teknikutveckling
Inom grundforskning i fysik kan det ibland vara svårt att se vad tillämpningarna ska bli, men det har visat sig genom historien att i stort sett all teknik vi har, bygger på något som en gång var grundforskning i fysik.
- Att förstå hur nanovärlden skiljer sig från fysiken i vår vanliga värld är väldigt viktigt, inte bara för vår förståelse av världen, utan också för att bygga vidare på den konstant minskande storleken på komponenter i datorindustrin, säger Samuel Starfelt. Dessa komponenter börjar nå gränsen där de fysikaliska fenomen som uppstår på nanoskalan skapar alldeles för stora problem. Att våra datorer hela tiden blir bättre har vi börjat ta för givet, och nanovetenskap är vad som kommer tillåta att den utvecklingen fortsätter.
Här finner du avhandlingen
Scanning tunneling microscopy and photoemission studies of Ag films on metal/semiconductor surfaces
