Y-profilen: Material
Y-profilen: Material- och Nanofysik Profilansvarig: Fredrik Eriksson, [email protected] (Presentation av Jens Birch) Y-profilen: Material- och Nanofysik Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Y-profilen: Material- och Nanofysik • Nanoteknik och nanovetenskap handlar om att studera, manipulera och bygga ihop material på atomär nivå där objektets tjocklek är i storleksordningen <100 nm. • Designa nya material, komponenter eller system som har förbättrade eller nya egenskaper. • Nanotekniken är tvärvetenskaplig och möjliggör bland annat att du bär en liten superavancerad telefon i din ficka, att det går att bygga upp en ny strupe av stamceller till en cancerpatient eller att det går att effektivt rena grundvatten. • 2020 beräknas nanoindustrin omsätta otroliga 3000 miljarder dollar och ge upphov till sex miljoner nya arbetstillfällen, globalt sett. Vi ligger inte efter i Sverige. Än så länge. Nanoteknik är framtiden! Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nanoteknik - Tunna ytbeläggningar Verktyg för skärande bearbetning borrar, svarvstål, frässtål, etc. • Ytbeläggningar används för att förlänga livstiden/hållbarheten hos verktygen. • Hårda, nötningsbeständiga, oxidationsbeständiga, högtemperaturstabila, etc. • TiN TiCN TiAlN Motorblock Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanoteknik inom medicin • Medicinska implantat (biokompatibla, nötningsbeständiga, hållbara...) • Kirurgiverktyg (låg reflektans, biokompatibla, oxidationsresistenta) • TiAlN-Nb och TiCN-Nb • Penicillin-belagda ytor Höftledsimplantat Pacemaker Hjärtklaff Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Röntgenteleskopbild av solen Avbilda händelsehorisonten hos ett svart hål 0.0000001 bågsekunders upplösning krävs för att avbilda stjärnor och svarta hål. Hubble: 0.1 bågsekunder (600 ggr bättre än ögat) Astronomical X-ray Telescopy M87 galaxen Deep-space Astronomical X-ray Interferometry MAXIMs uppdrag: Att avbilda ett svart hål 1 miljon gånger bättre upplösning än HST! 32 rymdskepp, vardera med 1 m2 röntgenspegel... 5000 km ...som flyger i formation med en precision på ~2 nm... ...under 40 h exponeringstid! År 2040 Avancerad, hållbar, röntgenoptik (=nya material) krävs! http://bhi.gsfc.nasa.gov/docs/vision.html Nya material kommer alltid att behövas Prognos för förändringar i den globala energiblandningen till 2100 2000 2010 2020 2030 2040 Årlig energianvändning 1018 J 2050 2100 1600 1400 1200 Sol Vind Biomassa Kärnkraft och vatten 1000 800 600 Naturgas 400 Kol 200 Olja 0 Nanoteknik är framtiden! Källa: Tyska rådgivande kommittén för global förändring Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud obligatorisk valbar ÅK PER 7HT1 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Block 1 Experimentell fysik Materialtekniska analysmetoder Halvledarfysik Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud Materialvetenskap obligatorisk valbar ÅK PER 7HT1 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Block 1 Experimentell fysik Materialtekniska analysmetoder Halvledarfysik Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud Elektronik obligatorisk valbar ÅK PER 7HT1 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Block 1 Experimentell fysik Materialtekniska analysmetoder Halvledarfysik Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud Optik obligatorisk valbar ÅK PER 7HT1 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Block 1 Experimentell fysik Materialtekniska analysmetoder Halvledarfysik Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud Generell materialvetenskap obligatorisk valbar ÅK PER 7HT1 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Block 1 Experimentell fysik Materialtekniska analysmetoder Halvledarfysik Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Material och nanofysik, kursutbud obligatorisk Exempel på kursinnehåll från... ÅK PER Block 1 7HT1 Experimentell fysik 4 HT 7HT2 8VT1 4 VT 8VT2 Materialtekniska analysmetoder 9HT1 5 HT 9HT2 5 VT 10VT + övriga valbara fysikkurser Profilinformation, Ymnf, 2014 Halvledarfysik valbar Block 2 Block 3 Block 4 Kvantmekanik Nanoteknologi Analytisk mekanik Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik Tunnfilmsfysik Optoelektronik Moderna sensorsystem Projektlaborationer i fysik Projektlaborationer i fysik Nanofysik CDIO projektkurs Beräkningsfysik Sensor-chip Examensarbete (Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.) Fredrik Eriksson, [email protected] Materiefysik I Kursansvarig: Chariya Vironjanadara Kurskod: TFFY70 • En introduktionskurs i Fasta Tillståndets Fysik som förklarar kristallstrukturer, termiska och elektroniska egenskaper hos fasta material. Litteratur: C. Kittel: Introduction to Solid State Physics. 1. Crystal structure 2. Reciprocal lattice 3. Crystal binding 4. Phonons I, crystal vibrations 5. Phonons II, thermal properties 6. Free electron Fermi gas 7. Energy bands 8. Semiconductor crystals 9. Fermi surfaces and metals 18. Point defects 20. Dislocations Profilinformation, Ymnf, 2014 Några vanliga kristallstrukturer: bcc fcc hcp Fredrik Eriksson, [email protected] Materiefysik I Kursansvarig: Chariya Vironjanadara Kurskod: TFFY70 • En introduktionskurs i Fasta Tillståndets Fysik som förklarar kristallstrukturer, termiska och elektroniska egenskaper hos fasta material. Litteratur: C. Kittel: Introduction to Solid Bandstruktur State Physics. Elektronenergi 1. Crystal structure 2. Reciprocal lattice 3. Crystal binding ledningsband 4. Phonons I, crystal vibrations ledningsband 5. Phonons II, thermal properties stort energi gap mellan valens- och Ferminivå 6. Free electron Fermi gas ledningsband 7. Energy bands valensband valensband 8. Semiconductor crystals 9. Fermi surfaces and metals Isolator Halvledare 18. Point defects 20. Dislocations Profilinformation, Ymnf, 2014 ledningsband valensband Ledare Fredrik Eriksson, [email protected] Materiefysik I Kursansvarig: Chariya Vironjanadara Kurskod: TFFY70 Två laborationer: • IR-absorption, phonon assisted interband transitions • Band structure, Kronig-Penny and empty lattice models Germanium ledningsband valensband Mer information om kursen hittar ni på: www.ifm.liu.se/courses/tffy70/index.html samt i Studiehandboken. Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Experimentell fysik Kursansvarig: Son Nguyen • 12 st (6 h) laborationer 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Kurskod: TFFM08 Inget magnetiskt fält enkel övergång Magnetiskt fält flera övergångar möjliga E23 E22 E21 Holografi E2 Zeemaneffekt Analys av -spektrum E13 Emissionsspektroskopi E12 E1 Värmepump & Stirlingmotorn E11 Lauemetoden Röntgenspektroskopi Vakuumteknik Masspektroskopi spektrum utan spektrum med Curie & Ising magnetiskt fält magnetiskt fält Fiberoptik En laborationsrapport per deltagare (normalt Sveptunnelmikroskopet Profilinformation, Ymnf, 2014 2 studenter/grupp) Fredrik Eriksson, [email protected] Experimentell fysik Kursansvarig: Son Nguyen • 12 st (6 h) laborationer 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Holografi Zeemaneffekt Analys av -spektrum Emissionsspektroskopi Värmepump & Stirlingmotorn Lauemetoden Röntgenspektroskopi Vakuumteknik Masspektroskopi Curie & Ising Fiberoptik Sveptunnelmikroskopet Profilinformation, Ymnf, 2014 Kurskod: TFFM08 Zeemaneffekt i spektrat från en solfläck, 1908 The spectra of hydrogen exhibited the Zeeman effect whenever the area of view passed over a sunspot on the solar disc. Fredrik Eriksson, [email protected] Experimentell fysik Kursansvarig: Son Nguyen Kurskod: TFFM08 • 12 st (6 h) laborationer 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Holografi Zeemaneffekt Analys av -spektrum Emissionsspektroskopi Värmepump & Stirlingmotorn Lauemetoden Röntgenspektroskopi Vakuumteknik Masspektroskopi Curie & Ising Fiberoptik En laborationsrapport per deltagare (normalt Sveptunnelmikroskopet Profilinformation, Ymnf, 2014 2 studenter/grupp) Fredrik Eriksson, [email protected] Experimentell fysik Kursansvarig: Son Nguyen • 12 st (6 h) laborationer 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Kurskod: TFFM08 W prov Holografi Zeemaneffekt Analys av -spektrum Emissionsspektroskopi Värmepump & Stirlingmotorn spets Lauemetoden Röntgenspektroskopi Vakuumteknik elektroner Masspektroskopi som tunnlar Curie & Ising Fiberoptik En laborationsrapport per deltagare (normalt Sveptunnelmikroskopet Profilinformation, Ymnf, 2014 2 studenter/grupp) Fredrik Eriksson, [email protected] Experimentell fysik Kursansvarig: Son Nguyen Kurskod: TFFM08 Kolnanorör Cu yta • 12 st (6 h) laborationer 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Holografi Zeemaneffekt Analys av -spektrum Emissionsspektroskopi Värmepump & Stirlingmotorn Lauemetoden Ni yta Röntgenspektroskopi Vakuumteknik Masspektroskopi Curie & Ising Fiberoptik En laborationsrapport per deltagare (normalt Sveptunnelmikroskopet Profilinformation, Ymnf, 2014 2 studenter/grupp) Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Kursansvarig: Fredrik Eriksson Material tillverkning • Strukturen – kristallstruktur – hur sitter atomerna i olika material – kornstorlek – defekter Profilinformation, Ymnf, 2014 Kurskod: TFFM40 Atomstruktur and komposition Egenskaper • Komposition – vilka grundämnen utgör materialet – vilken koncentration har vi av olika ämnen Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Kursansvarig: Fredrik Eriksson • Ger gedigna teoretiska och handgripliga kunskaper om metoder i modern materialanalys. • • • • • • • • • • Ljusoptisk mikroskopi (LOM) Svepelektronmikroskopi (SEM) Transmissionselektronmikroskopi (TEM) Ellipsometri Röntgendiffraktion (XRD) Elektrondiffraktion (ED) Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) Augerelektronspektroskopi (AES) Mikrosondspektroskopi (EDS, WDS) Sekundärjonsmasspektrometri (SIMS) Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Kursansvarig: Fredrik Eriksson Att se en nanostruktur i labbet C60-molekyl ca 1.6 nm Transmissionselektronmikroskop Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Kursansvarig: Fredrik Eriksson Att se en nanostruktur i labbet Nanolökar C60-molekyl 1 000 000 x 4 nm ca 1.6 nm Transmissionselektronmikroskop Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Kursansvarig: Fredrik Eriksson Att se en nanostruktur i labbet C60-molekyl Ett knappnålshuvud 10 mil bort! 1 000 000 x 4 nm Elektronmikroskop Teleskop som är 10 000 ggr bättre än Hubble krävs! Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Materialtekniska Analysmetoder Prover från aktuell forskning: TEM av en Cr/Sc multilagerröntgenspegel N=1200 totalt 1 µm tjock Varje lager: 0.8 nm (ca 4 atomlager) F. Eriksson, N. Ghafoor, J. Birch et al., Appl. Opt., 47, 4196 (2008) Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nanoteknologi Kursansvarig: Jens Birch Vad är Nanoteknik? • Nanostrukturer (<~100 nm) • Syntes eller kontroll • Nya egenskaper • Fundamental förståelse • • • • • • Measuring Nanostructures Nanostructure synthesis Adaptive Nano Materials Carbon Nano Structures Semiconductor Structures Nano Electronics Profilinformation, Ymnf, 2014 • • • • • • Nanoteknik Nanovetenskap Spintronics & Quantum computing Energy Applications Sensors Nanotechnology in Life-science Organic Nanostructures Environmental Applications Fredrik Eriksson, [email protected] Superhydrofoba material - Lotus effekten Kursansvarig: Jens Birch Nanoteknologi introducera nmstora strukturer på ytan detta ändrar kontaktvinkeln så att vi får en självrenande effekt (kontaktvinkeln 180) Funktionella textilier (Nano-Tex®) Självrengörande färg Smarta fibrer Med (kol)nanopartiklar i fibern kommer brandmän att få bättre skyddskläder, bilklädseln ge jämnare och behagligare värme, däcken hålla längre, kläderna göras självrenande, antibakteriella och/eller antistatiska. Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nanoteknologi – organiska material Proteiner reglerar transport genom membranet. K+ joner Kursansvarig: Jens Birch Sfärisk vesikel – en syntetisk ”cell”struktur 50-100 nm En ”bubbla” av fosfolipid-molekyler hydrofil V hydrofob A Lipid membran V’ A Leverera medicin i kroppen till t.ex. cancer tumörer Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nanoteknologi – kolbaserade nanostrukturer Grafen upptäcktes 2004 av Geim och Novoselov som tilldelades Nobelpriset i fysik 2010. Grafen består av enbart kolatomer ordnade som ett rutnät i ett enda lager. 2D struktur ger unika egenskaper. Första fälteffekttransistorn av grafen. • Kemiskt stabilt, töjbart, flexibelt, och mycket starkt – hundratals gånger starkare än stål, och har en smälttemperatur över 3000 °C. • Elektroner rör sig 100 gånger snabbare än i kisel • Lättare, tunnare, och starkare konstruktioner – flygplan, bilar, implantat, etc. • Hypersnabba datorer, flexibel elektronik, elektroniskt papper, böjbara smarttelefoner, avancerade batterier, etc. Grafen är superhett och IFM är bäst på att tillverka grafen* (epitaxiell tillväxt genom sublimering från en källa med SiC) *LiU Magazine 2010-10-13 Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Tunnfilmsfysik Kursansvarig: Kostas Sarakinos • Tunnfilmskoncept: Alla material har en yta. Genom att belägga ytan med en tunn film så kan man förbättra materialets fysikaliska och kemiska egenskaper. Beläggningssystem • • • • • • • • • Vakuumkammare Beläggningstekniker Kärnbildning- och tillväxt Vakuumteknik Datorsimulering Epitaxiell tillväxt Karakterisering av tunna filmer Optiska tunnfilmer Mekaniska egenskaper Elektriska egenskaper Profilinformation, Ymnf, 2014 Plasma – en joniserad gas Fredrik Eriksson, [email protected] Tunnfilmsfysik Principen för magnetronsputterbeläggning -V kollision Target (Si, Mo,+Cr, Sc, Ni, etc.) ’sputtring’ ee+ + + + Principen: Targetmaterial i en vakuumkammare med pålagd spänning, -V ”Sputter” gas (ArAr+) Ett elektriskt fält mellan plasmat och target accelererar positiva joner mot target. Ar-joner slår ut targetatomer (och e-) – ”sputtering” substrat Profilinformation, Ymnf, 2014 En del av det sputtrade materialet hamnar på substratet och bildar en tunn film. Fredrik Eriksson, [email protected] Tunnfilmsfysik Kursansvarig: Kostas Sarakinos Nanolaminerad MAX-fas Laborationer: • Magnetron sputterbeläggning + bestämning av filmtjocklek och ytojämnhet • Datorsimulering Studiebesök: • Industriell beläggare (Sandvik, Seco Tools, IonBond, Impact Coatings, etc.) Datorsimulering av tunnfilmstillväxt – hur påverkar olika beläggningsparametrar tillväxten? Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nya material handlar om ett hållbart samhälle! Exempel: Energiförsörjning… Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Nya material handlar om ett hållbart samhälle! Exempel: Energiförsörjning… … med minimal miljöpåverkan! Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Avancerade material – Svensk basindustri Forskningsmässigt är Linköpings universitet världsledande inom området! Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Jobb för materialfysiker (Y) Denna veckans jobbannonser i Ny Teknik: • Vattenfall – Kärnbränsleingenjör – Härdfysiker • Arcam – Applikationsingenjör • Norstel – Utvecklingsingenjör – Processingenjör • Gränges – Korossionsingenjör • Solibro – Utvecklingsingenjör – Processingenjör – Utrustningsingenjör • Sandvik – Applikationsingenjör • Studsvik – Materialprovning (masspektroskopi) • Leine Linde – Utvecklingsingenjör • Combine – Testingenjör – Processingenjör Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected] Välkommen till Öppen Institution - IFM Fysikhusets huvudentré, Torsdagen den 26 mars 2015, 15-ca 17.30 • Information om kurser och profiler på Y-programmet mfl. • Kursansvariga och profilansvariga finns tillgängliga för att svara på frågor om kurser, profiler och program. • Mingel med kursansvariga, fika, fysikexperiment ,mm • Labturer – se materialforskningen vid LiU inifrån! Profilinformation, Ymnf, 2014 Fredrik Eriksson, [email protected]
© Copyright 2024