New instrument set to boost semiconductor research / Nuovo strumento impostato sulla rivelazione di impulsi di campi magnetici nel campo della ricerca dei semiconduttori
Researchers have developed a table-top instrument that obtains measurements more normally acquired in national high magnetic field laboratories.
The advance means that research into the development of next generation electronic devices employing 2D materials can now be done at most research universities.
Dr Darren Graham and a team of researchers from Manchester University’s Photon Science Institute collaborated with colleagues from Cambridge University and industry partners from Germany to develop the new instrument that overcomes obstacles to the widespread use of a magnetic field technique called cyclotron resonance.
According to the American Institute of Physics, in a magnetic field, charged particles in a material move in circles around magnetic field lines. The orbiting particles interact with light differently depending on properties like their mass, concentration, and on how they move through the material. By shining light on the material in the magnetic field and recording what frequency and how much light is absorbed, scientists can learn about how easily charged particles move.
Some materials require an extremely high magnetic field to get the charged particles to move fast enough to interact with the light, a factor that has hindered the wider uptake of cyclotron resonance.
The new magnet is said to be compact enough for a table-top machine, yet the magnet only generates a field in short pulses that each last for a one hundredth of a second.
“The challenge in doing cyclotron resonance with these pulsed magnets is being able to record your data within the brief time period that the magnet is on,” said Ben Spencer, a post-doctoral research associate at Manchester University’s Photon Science Institute. “The breakthrough we have made is in the measurement technique.”
Spencer and his colleagues used asynchronous optical sampling to increase the number of measurements during one pulse to around 100. Previous experiments with a similar magnet system were limited to four measurements per pulse.
The team worked with researchers from manufacturers Laser Quantum to incorporate lasers into the new instrument, which are more than 10 times quicker than those found in typical ultrafast laser systems.
The “Taccor” lasers they used run at repetition rates of 1 billion cycles per second, more than 10 times higher than the typical repetition rates for ultrafast laser systems, Spencer said. The fast laser allowed data acquisition times on the order of one ten-thousandth of a second, which meant up to a hundred measurements could be taken during the transient magnet pulse.
The team tested their system by measuring the properties of electrons at the interface of the two semiconductors AlGaN and GaN. Such interfaces could form an important part of new, energy-saving transistors.
Ultimately, the team hopes their new instrument could facilitate rapid progress in many areas of semiconductor device development.
“We’re sure that when people realise that we can do such measurements in the lab they will be lining up to use our instrument. We’ve already been contacted by several groups interested in having measurements made on their samples,” Dr Graham said in a statement.
ITALIANO
I ricercatori hanno sviluppato uno strumento da tavolo che ottiene misurazioni più normalmente acquisite nei laboratori di campo magnetico .
L'anticipo significa che la ricerca per lo sviluppo di dispositivi elettronici di nuova generazione che utilizzano materiali 2D può ora essere fatto nella maggior parte delle università di ricerca.
Dr Darren Graham e un team di ricercatori provenienti da Photon Science Institute dell'Università di Manchester hanno collaborato con i colleghi di Cambridge University e partner industriali provenienti dalla Germania per sviluppare il nuovo strumento che supera gli ostacoli alla diffusione di una tecnica di campo magnetico chiamata ciclotrone risonanza.
Secondo l'American Institute of Physics, in un campo magnetico, particelle cariche si muovono in cerchio intorno a linee di campo magnetico. Le particelle che orbitano interagiscono con la luce in modo diverso a seconda della loro massa, concentrazione, e su come si muovono attraverso il materiale. Con luce interagente sul materiale nel campo magnetico e la registrazione quale frequenza e la quantità di luce assorbita, gli scienziati possono imparare come le particelle cariche facilmente si muovono.
Alcuni materiali richiedono un campo magnetico estremamente alto per ottenere che le particelle cariche si muovano abbastanza velocemente per interagire con la luce, un fattore che ha ostacolato la più ampia diffusione di risonanza ciclotronica.
Il nuovo magnete si dice che sia sufficientemente compatto per una macchina da tavolo, ma il magnete genera solo un campo in brevi impulsi c ogni centesimo di secondo.
"La sfida è di realizzare un ciclotrone di risonanza con questi magneti pulsati che sia in grado di registrare i dati nel breve periodo di tempo che il magnete è attivo", ha detto Ben Spencer, un socio di ricerca post-dottorato presso Photon Science Institute dell'Università di Manchester. "La svolta che abbiamo effetuato è nella tecnica di misurazione."
Spencer e i suoi colleghi hanno utilizzato un campionamento ottico asincrono per aumentare il numero di misurazioni durante un impulso di circa 100. Esperimenti precedenti con un sistema magnetico simile sono stati limitati a quattro misurazioni per impulso.
Il gruppo ha lavorato con ricercatori provenienti da produttori di laser Quantum per incorporare i laser nel nuovo strumento, che sono più di 10 volte più veloci di quelli che si trovano in sistemi laser ultraveloci tipici.
I laser "Taccor" hanno usato per funzionare frequenze di ripetizione di 1 miliardo di cicli al secondo, più di 10 volte superiori ai ratei di ripetizione tipici per sistemi laser ultraveloci, Spencer ha detto. Il laser veloce ha permesso tempi di acquisizione di dati dell'ordine di un decimillesimo di secondo, che significava che fino a cento misure potrebbero essere prese durante l'impulso del magnete transitorio.
Il team ha testato il loro sistema misurando le proprietà degli elettroni all'interfaccia dei due semiconduttori AlGaN e GaN. Tali interfacce potrebbero costituire una parte importante di nuovi transistor a risparmio energetico.
In ultima analisi, il team spera che il loro nuovo strumento potrebbe facilitare rapidi progressi in molte aree di sviluppo dei dispositivi a semiconduttore.
"Siamo sicuri che quando le persone si rendono conto che siamo in grado di fare tali misurazioni in laboratorio saranno in fila per usare il nostro strumento. Siamo già stati contattati da diversi gruppi interessati ad avere misurazioni effettuate sui loro campioni ", ha detto il dottor Graham in un comunicato.
da:
http://www.theengineer.co.uk/new-instrument-set-to-boost-semiconductor-research/?cmpid=tenews_2317255
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