Апаратура

Фемтосекундна лазерна система

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 нанообекти. 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 повърхността на материали в скалата на наноразмерите с прецизен контрол на топлинните дефекти.

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 високотехнологични 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.

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, самоограничаващи 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)

Модерната модулна експериментална установка SP-200 представлява потенциостат и галваностат в един уред. В нея са комбинирани най-новите електронни технологии, което я прави универсален прибор за изследвания в областта на електрохимията. SP-200 предлага плаващ режим на измервена, аналогово филтриране, вградена калибровъчна приставка и висока електронна стабилизация за по-добър контрол по време на работа. Електрохимичната апаратура е оборудвана със сонда за ултра нисък ток, което разширява обхвата на тока от 1 pA до 500 mA. Опорното напрежение може също да се променя в рамките +/- 10 V. Честотният диапазон на апарата в режим на електрохимични импедансни измервания е в рамките от 10 μHz до 3 MHz.

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

Системата CellASIC™ ONIX е създадена на базата на микрофлуидна технология и позволява визуализирането, записа и изследването в реално време на биологични клетки при постоянен контрол на потока на разтвор с даден състав. Дизайнът ѝ дава възможност изследваните клетки да бъдат инкубирани в различни разтвори и при различни условия посредством система от микрофлуидни канали с определена геометрия и налягане. Програмното обезпечаване на прибора позволява на оператора да задава времевите интервали и дебита на потоците в отделните микрофлуидни канали. Безспорно предимство на микрофлуидната система е възможността тя да бъде интегрирана с конвенционални инвертирани микроскопи. Микрофлуидната система CellASIC™ ONIX е пригодена за различни перфузионно-базирани приложения като анализ на жизнения цикъл на клетките, кинетичен отговор на промени в състава/концентрацията на инкубационния разтвор, клетъчна фиксация и имуно-оцветяване, 3D деконволюция, клетъчна миграция, локализация на протеинови молекули, продължително наблюдение и запис през зададен интервал от време.

Автоматизираният портативен цитометър SCEPTER 2.0 представлява бърз и удобен прибор за клетъчно броене. Той може да бъде прилаган и за определяне на обемната фракция и размера на частици с диаметри от 3 до 36 µm. Уредът е снабден и с два сензора за различен максимален размер на преброяваните частици. Системата позволява лесна и бърза употреба, като едно измерване трае средно около 30 секунди, за което се получава информация за концентрацията, средният размер и обем на частиците (клетките), разпределението им по размер и обем, изобразени на екрана на уреда. Получените резултати лесно могат да бъдат прехвърлени на персонален компютър и подложени на допълнителен анализ и обработка.

Автоматичен спектрален елипсометър

Автоматичният спектрален елипсометър тип М2000D на Woollam Co., работещ в спектрален диапазон от 195-1000 nm и при ъгли на падащата светлина в диапазона от 45° до 90°, е мощен инструмент за оптично характеризиране на тънки диелектрични, полупроводникови, метални и органични слоеве и многослойни структури. Чрез него могат да бъдат изследвани оптични константи, състав, степен на кристализация, анизотропия, грапавост на повърхността и на интерфейсен слой, нехомогенности по дебелината и др., а автоматичнотo сканиране на образеца позволява да се регистрират и латерални нехомогенности. Продължителността на едно измерване е от 2 до 5 секунди. Допълнителните опции към елипсометъра позволяват изследване и на течни образци и изучаване на оптични свойства в зависимост от температурата. Инсталираната USB камера е много полезна за наблюдение на повърхността на образеца и за избора на желаното място за измерване.

Quantum Design: PPMS-9T

Системата за измерване на физични свойства (PPMS) на компанията Quantum Design е универсален криостатен прибор за магнитни, термични и електро-транспортни експерименти при силни магнитни полета (снабден със свръхпроводящ магнит – 9Т) и в широк температурен интервал (2–400 K).

PPMS-9T предлага разнообразни експериментални възможности за изследване на множество физични свойства и за детайлно охарактеризиране на иновативни материали в различни структурни форми: наноструктури, обемни образци и монокристали.

Базовите възможности на криостатната система осигуряват акуратен контрол по отношение на стабилност и вариране на температурата и магнитното поле. Системата PPMS-9T предлага следните основни категории експерименти:

Модул за електро-трансанспортни измервания

Модулът за измерване на електрично съпротивление (при приложен AC / DC ток) анализира електричите свойства на даден материал в зависимост от температурата и / или магнитното поле. Експерименталната установка е базирана на четирисондов метод (също Van der Paw) и позволява прецизно дискретно изменение на приложения ток (I ~ 5 nA до 5mA) за определяне на стойности на съпротивлението от проядъка на ~μΩ до 4MΩ. Модулът за AC електрични измервания включва няколко основни вида експерименти:

Измервания на съпротивлението с висока точност и чувствителност в nΩ диапазон при различни амплитуди и честоти на приложения AC ток.

Анализ на I-V характеристики с лимит на приложения ток от порядъка на ±2А с висока разделителна способност и контрол.

Изследване на ефект на Хол с детайлна информация за основни електрични свойства на даден материал като тип и мобилност на зарядите.

Модул за термични измервания

Модулът предлага набор от експерименти за определяне на основни величини като топлинен капацитет и термо-електрична мощност (коефициент на Seebeck) в температурния интервал – 1.9-400K. Експерименталната разделителна способност е от порядъка на 10nJ/K при 2K, а средната грешка при измерването е в рамките на 2%.

Магнитометрия

AC / DC магнитометърът дава възможност за подробно изследване на магнитната природа на различни типове образци (тънки слоеве, монокристали, наночастици и обемни образци). В стандартен режим на екстракционен магнитометър системата измерва магнитния момент в границата на чувствителността (М~ 10-5 emu) като функция на температурата и магнитното поле.

Основната функция на AC магнитометъра дава възможност за качествен и количествен анализ на АС магнитния отклик при разнообразни магнитни фазови преходи (в различна амплитуда и честота на AC полето) с много висока чувствителност (Mac ~ 10-7 emu).

Системата се поддържа от направление “Функционални материали и наноструктури”, лаборатория “Физика на материалите и ниски температури“, Институт по физика на твърдото тяло “Георги Наджаков”.

Високовакуумна система за отлагане на оптични тънки

слоеве – Tecport Optics Symphony 9

Технологичната инсталация Symphony 9 (Tecport Optics) за вакуумно нанасяне на тънкослойни оптични структури открива широки възможности за изследвания в тази област, а също и за осъществяване на научно-приложни индустриални разработки и иновации, консултантски услуги и др. Доокомплектована е със спектрофотомет–рична лаборатория, осигуряваща оптичното характеризиране на получените образци в спектрален интервал от 0.2 мкм до 300 мкм с прецизна апаратура от най-висок клас: FT-IR спектрометър Vertex 70 (Bruker Optics) и UV-VIS-NIR спектрофотометър Lambda 1050 (Perkin Elmer).

Основни параметри и възможности:

Вакуумна камера: 960mm diameter x 1100mm
Eлектронно-лъчево и резистивно изпарение
Йонно асистиране при изпарение
Възможност за едновременно изпарение от два източника с различен материал
Система за планетарно и конвенционално куполно въртене
Ефикасен софтуер за автоматично управление
Кварцов мониторинг на дебелината на слоя при изпарение
Пряк и непряк оптичен контрол на дебелината на слоя при изпарение
Възможност за изработка на прецизни спектрално селективни оптични елементи чрез нанасяне на >40 слоя без прекъсване на процеса

FT-IR спетрофотометър BRUKER – Vertex 7

Спектрометърът с Фурие-преобразувание Vertex 70 (Bruker) е от най-висок клас. Приставките и поляризаторите, с които е доокомплектован, дават възможност за измерване на спектрални характеристики на повърхности, тънки слоеве, течни и прахообразни проби. Регистрацията на спектри в Терахерцовия диапазон – областта на вибрационните честоти на кристалните фонони и гигантските био-комплекси, прави лабораторията единствена в България.

Основни параметри:

Спектрален диапазон: 10 000–30см^-1(1–300μm)
Разделителна способност 0.16 cм^-1
Спектрална точност:0.005 см^-1
Фотометрична точност: 0.1 %
Отношение сигнал-шум: 10 000:1 пик-пик

V-VIS-NIR спектрофотометър Perkin Elmer – Lambda 1050

Спектрофотометърът Lambda1050 (Perkin Elmer) обхваща ултравиолетовата (UV), видимата (VIS) и близката инфрачервена (NIR) спектрални области. Предназначен е за прецизни измервания на оптичните характеристики на течности, светоделители, високоотразяващи, антиотразяващи, селективноотразяващи и други тънкослойни покрития върху различни видове подложки. Стандартната оптика за трансмисионни спектри включва деполяризация на нежелани поляризационни ефекти в лъчите на двата канала. Налични са и лесно сменяеми приставки за регистрация на спектри на огледално отражение (URA), а също и на разсеяно излъчване (интегрална сфера). Има възможност за поляризационни измервания.

Основни параметри: