schema för hösten 2012

Upplägg och planering för NanoIntro’12; Lars Samuelson ([email protected]):

Måndag 3/9: Presentationer av deltagarna10-12 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på “nanofenomen” runt oss

Måndag 10/9: Viktiga grunder: energistruktur, atomer-molekyler-kristaller10-12 Sal F Metaller-halvledare-isolatorer. Bandgap hos halvledare (& isolatorer)

Torsdag 13/9: Nanofysik: kvantfysik & unika fenomen på nanoskalan10-12 Sal F Partikel-våg dualitet, “konstgjorda atomer”, tunnlingsfenomen

Måndag 17/9: Materialvetenskap/teknik – syntes på nanoskalan, funktionella material 10-12 Sal F Epitaxi, nanomaterial, sveptunnel- och atomkraftmikroskop mm mm

Tisdagen 18/9: Nanoelektronik och -optik, Nano-energi 10-12 Sal F Transistorer, lysdioder, solceller mm

Schema för hösten 2012

Sal F

Sal B

H421

“k-rummet”

LundNanoLab

NANOSCIENCE interdisciplinary research at Lund UniversityMAX IV

The European Neutron Spallation

Source, ESS, will be build in Lund, with the Scandinavian countries as host

countries:

Budget USD3BOperational: 2019

MAX IV

MAX IVAn ultrabright

synchrotron with top energy 3.4GeV,

20 x 50m beam-lines will be built in Lund:

Budget: USD300-400M

Operational: 2013

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA

Ideon ”Forskningsby”

Lunds Universitet - Campus Norr

MalmöKöpenhamn

Lunds stad

L U N D U N I V E R S I T Y

Scandinavia’s Largest University

• Founded in 1666• 46 000 students• 2 800 doctoral students• 6 000 employees (46% women)

• 562 professors (18% women)

• Eight faculties• Several specialised schools• EUR 620 million turnover

L U N D U N I V E R S I T Y

Research

Profile Areas

• Nano-science

• Neurodegenerative Diseases

• Medicine and Pharmaceuticals

• Sustainable Development of Global Society

February 2005

Lund Nano Lab

Second floor

• Cleanroom class ISO 7 “class 10,000”• Semiconductor growth• Connected with Berzelius Laboratory

First floor

• Cleanroom class ISO 5 “class 100”• Semiconductor processing• 3 individual anti-vibration platforms

Ground floor

Ebeam-lithography

FIB/F-SEM

Sputtering

MetallizationAlso:• Thermal evaporation• ICP-RIE• Optical lithography• Nanoimprint lith.• Ellipsometry• AFM• etc.

Top floor

Semiconductor fabricationAll types of III-Vs:• Nitrides• Antimonides• Fosfides• Arsenides

Also:• CBE• ALD• Electron micr.• X-ray diffr.• PL• etc.

MOCVD• Research• Prototypes• Production of small series• Throughput: ca 3000 wafers/year

NANOVATION

http://nano.lu.se

This is a Swedish Centre for the development of nanotechnologyand fields of science & applications based on the uniqueness of properties and opportunities offered at this nanometer length scale.

Research:

The Nanometer Structure Consortium

Materials Science

NanoEnergy

Physics ofnm-structures

Bio-Physics & Bio-Medicine

NanoElectronics & NanoPhotonics

NanoIncubator

Education: Engineering Nanoscience(CI-program i “Teknisk Nanovetenskap”

Industrial cooperation: Excellent access for Nanotech-based companies to advanced facilities & competences via the creation of Lund Nano Lab and the recently initiated NanoIncubator

Lund Nano Lab

NanoSafety

Calculus in one variable 15 cp

Linear algebra 6 cp Calculus in sev.

var. 6 cpApplied maths 7,5 cp Mathemat. statistics 7,5 cp

Basic Physics 12 cp

Basic Chemistry 12,5 cp

Nanointro symp. 7 cp

Programming 7,5 cp

Quant. phen. & nanotech. 9 cp

Cell biology 7,5 cp

Human physiology 7,5 cp

Basic electronics 7,5 cp

Func. materials 7,5 cp

Electronic materials 7,5 cp

Autom. control 7,5 cp

Sensors7,5 cp

Process.& dev. tech. 7,5 cp

Nanosustainability 7,5 cp

Nanoengineering proj. 15 cp

Nanoscale analysis 7,5 cp

YEAR 1 YEAR 2 YEAR 3

Specialization courses 90 cp

Nanobiomedicine


Nanomaterials


Nanoelectronics


Nanophysics

Masters projectNanobiomedicine

30 cp

Masters projectNanomaterials

30cp

Masters projectNanoelectronics

30 cp

Masters projectNanophysics

30 cp

Master of Science in Engineering nanoscience

YEAR 4

+ 5

Nano är framtidens teknologi. Nanotekniker är den som bygger nyttiga produkter med de minsta greppbara delar som naturen tillhandahåller, atomer och molekyler, och målet är att behärska dem lika fulländat som naturen själv gör. Nanotekniken har utsikter att ge oss mirakulösa material, revolutionera datorsamhället och erbjuda värdefulla bidrag till medicinen, miljövården och energiförsörjningen. Boken ger en lättläst översikt över nanoteknikens framväxt, löften och hot, och samtidigt fångar den in många av naturens fenomen på ett praktiskt och lättfattligt sätt. Inte minst presenteras många av de människor som bidragit till att föra världen till tröskeln av den nya teknologiska eran: nanoepoken.

Susanne Holmlund är kulturredaktör vid Sundsvalls Tidning med ett förflutet inom vetenskapsjournalistik.

Håkan Olin är professor i materialfysik vid Mittuniversitetet och grundare av företaget Nanofactory Instruments.

Den från Nobelsammanhang kände professor Anders Bárány har skrivit förord.

nanometerteknik (ur Nationalencyklopedin)

nanome´terteknik, nanoteknik, teknik för framställning av objekt mellan 1 och 100 nanometer (nm, miljarddels meter, 10-9 m), bl.a. använd inom elektronik, bioteknik och naturvetenskaplig forskning. Den viktigaste drivkraften för nano-meterteknikens utveckling är tillämpningar inom elektroniken, t.ex. integrerade kretsar (transistorer m.m.) och optoelektronik (lasrar och detektorer för fiberoptisk kommunikation). Dessa bygger ofta på epitaxi, som är en nanometerteknik som tillåter att (halvledar)materialet byggs upp mycket exakt, atomlager för atomlager, med möjlighet att ändra kristallens kemiska sammansättning och därmed egen-skaper mellan olika lager. I dag tillverkas kretsar med dimensioner kring 50 nm. Gränsen för den ljusbaserade tekniken uppskattas till ca 10-20 nm. För strukturer ner till och under 10 nm utnyttjas röntgen-, jonstråle- eller elektronstrålelitografi.

Nanometerelektroniken domineras av och utnyttjar olika kvantmekaniska fenomen, exempelvis för komponenter baserade på tunneleffekter. En annan gren av nano-metertekniken kan beskrivas som molekylär nanometerteknik, där man söker kombinera många relativt små molekyler till större aggregat med funktionella egenskaper. Inom denna biovetenskapliga gren ser man levande biologiska system som programmerbara molekylära maskiner, vilka arbetar på nanometerskala. Slutligen kan nämnas sveptunnelmikroskop (STM) och atomkraftmikroskop (AFM), som är två ganska nya tekniker inom fysiken med känslighet och upplösning på sub-nanometernivå. De diskuteras för användning i nanometerlitografi samt som robotar för att hantera och sätta samman molekyler och andra nanometerstora objekt.

1 mm

100 !m

10 !m

1 !m

100 nm

10 nm

1 nm

Synligt ljus

Intel 4004År 1971(10 !m)

IntelÅr 2010(35 nm)

DNA

Naturen Tekniken

Blodcell

Kvalster

Kolfotboll

Ribosom

DNA origami

Knappnål

A logarithmically organized collection of phenomena occuring at different length-scales, from 1m to 1nm.

En logaritmiskt arrangerad samling av fenomen vilkauppträder på olika längdskalor, från 1m ner till 1nm

Historiskt perspektiv på utvecklingen av nanovetenskap & nanoteknik

“There’s plenty of room at the bottom!”Richard Feynman, 1959

Skapandet av sveptunnelmikroskopet (STM)Rohrer & Binnig, ca 1981 - Nobelpris fysik 1986

Upptäckten av Fullerenerna, C60-fotbollsmolekylenKroto, Smalley & Curl, ca 1981 - Nobelpris kemi 1996

Manipulering av atomer med STMEigler ca 1990 resp. ca 2000

The national nanotechnology initiative - NNIClinton 2000

“There is Plenty of Room at the Bottom”Richard FeynmanAmerican Physical Society Caltech 1959 Sagt av nobelpristagaren Richard

P. Feynman i ett föredrag 1959:

"The principles of physics, as far as I can see, do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom."







Don Eigler, IBM

Properties from structuring on the nm-scale:

THE LOTUS EFFECTEgenskaper från designade ytstrukturer på nanoskalan

LOTUS EFFEKTEN

Properties from structuring on the nm-scale:

THE LOTUS EFFECT

Bakterier, laxar och fåglar har kommit på hur man gör ideala magneter

The magnetites are grown atom by atom inside the bacteria. The bacteria form a little membrane around the crystal that controls the growth of the magnetite, and then they pump iron atoms into that membrane and form these crystals (which consist of iron and oxygen atoms). By carefully controlling crystal growth with the membrane, the bacteria keep the crystals from growing in one direction and allow them to grow in another

Bacteria are able to make very precise nanocrystals because they control the construction of the crystal at an atomic level.

One example of a magnetotactic (magnetite-producing) bacterium. Note the line of slightly elongated magnetite crystals down the bac-terium's center. These magnetic nanocrystals, 35 -100nm, act as a compass, aligning the bacterium with the Earth's magnetic field.

Magnetospirillum

Single-domainNanomagnets(MIT/Harvard)

För att kunna utnyttja extremt starka magneter för att ”orientera” sig i det jordmagnetiska fältet har dessa organismer kommit på att:

– om magnetiska nanokristaller är lagom stora är de mycketstarka magneter, men om de är större än ≈100 nm så bildas multi-domäner med mycket svagare magnetism

– om magnetiska nanokristaller är mindre än ≈ 20 nm så förlorasde ferro-magnetiska egenskaperna: istället super-paramagnetism

för liten

lagomför stor




Magnetospirillum





Magnetospirillum


Så det är bakterier, laxar m.fl. som lärt oss att göra ideala nanomagneter

Traditionell nanoteknik för framställ-ning av färgat glas (medeltida kyrkor)och nanopigment i färgframställning

NANOFLEX™

Andra exempel på ”nano-produkter” som finns på marknaden

Första transistorn från Bell Labs 1947 (Bardeen, Brattain & Shockley)

Kostnaden/transistor har sedan 1965 reducerats med en faktor >106

Manufacturing marvelWhat’s more, all this power is fabricated in IBM’s state-of-the-art 130-nanometer process technology using high-performance Silicon-on-Insulator transistors and copper interconnects. Switches store the instructions that the PowerPC G5 ultimately processes in its execution core. Making these transistors smaller and more numerous boosts performance, but presents challenges. Imagine fitting over 58 million light switches into the space the size of your thumbnail.

One in 58 Million. A transistor just 130nm wide (yellow) on substrate of SOI (blue) with copper interconnects (gray). Layers of nitride (brown) and oxide (green) insulate it from its brethren. Magnified 146,000 times.

Amazing. Nine layers of metal that comprise the devices and paths of the G5 as seen via transmission electron microscope. The bottom layer contains transistors, the eight above it comprise a labyrinth of copper connections. Magnified 13,000 times.

Så – vad är då Nanovetenskap & Nanoteknologi egentligen?

NANOVETENSKAP & NANOTEKNOLOGI sysslar med fenomen som bara upp-träder på nano-skalan, <100 nm, (1 nm = 1 miljondels mm) samt möjligheter att skapa designade material, komponenter & instrument för denna längdskala

Nanovetenskap & Nanoteknologi härmar ofta naturens sätt att bygga idealafunktionella strukturer via “bottom-up”, eller själv-organiserande, metoder

Kimberly Dick et al.




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen

Andre K. GeimBorn: Russia 1958Na1onality: NetherlandsUniversity of Manchester

Konstan6n S. NovoselovBorn: Russia 1974Na1onality: Russia and UKUniversity of Manchester

“For groundbreaking experiments regarding the two-‐dimensional material graphene“

”För banbrytande experiment rörande det tvådimensionella materialet grafen”

The energy band-structure E vs kx and ky , with six double cones, with linear E vs k. at the Fermi energy.

Nobel prize in Physics 2010




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper – designed material med katalytiska, t.ex. rengörande, egenskaper (CO, H2O)




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper – designed material med katalytiska, t.ex. rengörande, egenskaper (CO, H2O) – ideala material för energitillämpningar, t.ex. solceller och lysdioder (LEDs)

Photo-voltaic solar cells:- thin film technology- crystalline Si cells- multi-junction cells




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper – designed material med katalytiska, t.ex. rengörande, egenskaper (CO, H2O) – ideala material för energitillämpningar, t.ex. solceller och lysdioder (LEDs) – konstruktion av instrument och mätsystem som kan nå fram till och studera fenomen inom livsvetenskaperna, ner till nivån enskilda atomer & molekyler




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper – designed material med katalytiska, t.ex. rengörande, egenskaper (CO, H2O) – ideala material för energitillämpningar, t.ex. solceller och lysdioder (LEDs) – konstruktion av instrument och mätsystem som kan nå fram till och studera fenomen inom livsvetenskaperna, ner till nivån enskilda atomer & molekyler – medicinsk teknik för studier av enskilda celler och för selektiv, riktad behandling




Bland sannolika viktiga framtida tillämpningsområden kan nämnas: – designade materialstrukturer som uppvisar unika kvantfysikaliska fenomen – designade material med överlägsna mekaniska & tribologiska egenskaper – designed material med katalytiska, t.ex. rengörande, egenskaper (CO, H2O) – ideala material för energitillämpningar, t.ex. solceller, LEDs och termoelektricitet – konstruktion av instrument och mätsystem som kan nå fram till och studera fenomen inom livsvetenskaperna, ner till nivån enskilda atomer & molekyler– medicinsk teknik för studier av enskilda celler och för selektiv, riktad behandling – designade material med ideala egenskaper för IT-tillämpningar, t.ex. för magnetisk lagring, komponenter/kretsar, optoelektronik mm

IBM enhanced "64-bite" PowerPC 970 Micropro-cessor with Macintoshapple.

"These images are reproduced courtesy of International Busi-ness Machines Corporation. Unauthorized use not permitted."

The new state-of-the-art facility in East Fishkill, NY, required an invest-ment of USD 3 billion.

schema för hösten 2012

Documents