Rekord-liten universitetslogo er laget på UiO

Aldri så lite at det ikke er godt for noe. Da forskerne ved Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) på Universitetet i Oslo skulle teste metoden sin, var de avhengige av noe som var lite nok til at det var mulig å avbilde med elektronmikroskop.

Samtidig ønsket de å ta bilde av noe som er verdt å legge merke til, som universitetets logo, også kalt Apollon-seglet. Logoen viser den greske guden Apollon med en lyr.

Forskernes begrensninger lå i hvor stort det er mulig å ta et bilde i elektronmikroskop og hvor lite det er mulig å lage et mønster med litografi.

– Vi kan ta bilder som er mindre, forsikrer Julie Nitsche Kvalvik, en av forskerne som har jobbet med materialet. – Men vi slet med å få god nok oppløsning og avtrykk av litografien.

Ville lage et materiale som konverterer lys

Prosjektet med UiO-logoen var ikke en del av den opprinnelige planen med forskningen hennes, men som med mye innen forskning, kan sidesporene by på interessante oppdagelser.

Det de egentlig er ute etter, er å lage mer effektive solceller. Det gjør de ved å lage kalsiummolybdat (CaMoO4) som er «dopet» med grunnstoffer fra gruppen som kalles lantanoider, de som har atomnummer fra 57 til 71. Dette får de til med en metode som kalles atomlagsdeponering (ALD), der de bygger lag på lag med atomer.

Silisium-baserte solceller klarer nemlig ikke å ta opp all energien i deler av sollyset – det blir på en måte energi til overs. Materialet Kvalvik skulle lage, kan «klippe» i to det lyset som har mer energi enn solcellen klarer å bruke. Dermed blir solcellen mer effektiv.

Prosjektet gikk ut på å kombinere kjente prosesser for atomlagsdeponering for å lage materialer på en ny måte.

Hindringer byr på nye muligheter

Stoffene forskerne først hadde tenkt å bruke, viste seg vanskelige å kombinere fordi det ikke var noe overlapp i temperaturer stoffene kan trives i. Dermed ble forskerne tvunget ut på netthandel etter stoffer som kanskje kunne la seg bruke.

– Vi kjøpte tre ulike kjemikalier med molybden og prøvde å varme dem opp under vakuum. Et av stoffene, MoCl4O, dampet ved 60 grader og var stabilt også ved høyere temperaturer. Dette var akkurat de egenskapene vi så etter, og vi ble ganske gira.

– Da var det bare å prøve å få det til å reagere med vann og ozon som oksygenkilde. Dette er en ganske magisk blanding med tanke på å få ting til å reagere, forklarer Kvalvik.

På denne måten fikk forskerne materialet de ønsket å lage, men metoden viste seg å overraske med andre egenskaper. Det viste seg at molybden-forbindelsen forskerne hadde laget, kun festet seg på enkelte overflater.

– Kjedelig med firkanter og rundinger

Denne reaksjonen foregår i en atomlagsdeponering-reaktor som støtvis sender stoffene annenhver gang på et underlag hvor materialet vokser atomlag for atomlag. I dette tilfellet ble det brukt både underlag av glass og silisium.

Det viste seg etterpå at molybdenforbindelsen bare fester seg til enkelte overflater. Glass er et av dem, og litiumfluorid, som Apollon-seglet er laget av, er det andre.

Når en forbindelse kun fester seg på enkelte prøver, kalles prosessen selektiv. Det er mye forskning på selektive prosesser, blant annet for bruk i elektronikk, men det viser seg å være vanskelig å forklare hvorfor dette skjer.

– Vi måtte finne en måte å demonstrere at prosessen er selektiv på og vise at et materiale som vanligvis ville legge seg på hele overflaten, kun legger seg på mønsteret. Det er kjedelig med firkanter og rundinger, så da laget vi Apollon-seglet, forteller Kvalvik.

Selve Apollon-seglet som ble brukt som mal, ble laget av Jon Borgersen på MiNaLab. Det er sannsynligvis verdens nest minste universitetslogo. Rekorden ser ut til å være hos University of Nottingham, som har brukt en ione-stråle til å tegne emblemet sitt på et hårstrå. Emblemet ble 100 mikrometer stort.

IBM har rekorden for verdens minste logo – den består av 35 atomer.

UiO-logoen i dette forsøket er 500 mikrometer, eller en halv millimeter, stor. Den kan så vidt skimtes med det blotte øye.

..............

Fakta:

Atomlagsdeponering (ALD)

Metode for å lage jevne, tynne filmer med nanometertykkelse. Dette er allerede i bruk i storskala industrielt, for eksempel i solceller.

Atomlagsdeponering gir mulighet til å kombinere enkle, kjente prosesser for å lage mer komplekse materialer med god kontroll på kjemisk sammensetning.

Universitetet i Oslo har en stor ALD-lab med åtte ALD-reaktorer og utstyr for å teste egenskapene til filmene. Gruppa ledes av professor Ola Nilsen.