Nytt innovativt nanoteknikprojekt på Högskolan
Högskolan i Halmstad har fått ett anslag på fyra miljoner kronor från Vetenskapsrådet för ett nytt forskningsprojekt inom nanoteknik. Forskningsledare är Håkan Pettersson, professor i fysik.
– Att Vetenskapsrådet nu återigen satsar medel på vår utveckling av banbrytande optiska sensorer är ett bevis på att forskningen håller internationell toppklass, säger Håkan Pettersson.
Vid Högskolan i Halmstad bedrivs sedan många år internationellt uppmärksammad forskning inom nanoteknik. Nanoteknik handlar om att skapa effektivare komponenter och produkter genom att utnyttja de nya egenskaper som uppstår då storleken på dessa krymps till några tiotals nanometer.
– En nanometer är en miljarddels meter. Det är svårt att förstå hur litet det egentligen är. En jämförelse är att tjockleken på ett vanligt A4-papper är hundratusen nanometer, förklarar Håkan Pettersson.
Ett exempel på nanoteknik är så kallade nanotrådar som utgör grunden för helt nya typer av optiska komponenter för framtidens elektronikindustri. Det är sådana banbrytande nanotrådskomponenter som det nya forskningsprojektet handlar om.
Projektet är ett utmärkt exempel på hur grundforskning och tillämpningsperspektiv tillsammans skapar både en intressant produkt och ny kunskap.
– Håkan Pettersson
Bilden visar en nanotråd med segment av olika optiska material som syns som en vit streckkod längs med tråden.
Bilden visar en del av en processad optisk sensor bestående av fyra miljoner sammankopplade nanotrådar. Sensorerna tillverkas gemensamt av forskare och doktorander på Högskolan och på Lunds universitet. Detektorerna testas vid Rydberg Core Laboratory (RCL) vid Högskolan i Halmstad. RCL är Högskolans äldsta och största innovativa laboratoriemiljö med avancerad utrustning för experimentell verksamhet inom naturvetenskap och tekniskt närliggande områden.
Både grund- och tillämpad forskning
Forskarna ska i det nya projektet tillverka avancerade optiska sensorer som effektivt omvandlar elektromagnetisk strålning till en elektrisk signal. Det som gör dessa sensorer unika är att trådarna kan odlas som små ”nanoträd” direkt på en billig kiselplatta – ett chip – och därefter bäddas in i ett periodiskt mönster av ett isolerande material. Detta skapar en så kallad fotonisk kristall där den inkommande optiska signalen förstärks kraftigt. Dessutom kommer den nya sensordesignen erbjuda möjligheten att externt styra sensorernas känslighet för olika våglängder med en elektrisk signal på ett fundamentalt nytt sätt. Möjligheten att styra hur sensorerna reagerar på olika våglängder ger också ny grundläggande förståelse för hur strålning växelverkar med materia i nanometerskala.
– Projektet är ett utmärkt exempel på hur grundforskning och tillämpningsperspektiv tillsammans skapar både en intressant produkt och ny kunskap, säger Håkan Pettersson.
Tekniken kan till exempel leda till bättre och billigare produkter för integrerade applikationer inom IoT (Internet of Things eller sakernas internet) där elektronik, avstämbara sensorer och batteri i form av nanotrådssolceller byggs på samma kiselchip.
Håkan Pettersson är professor i fysik vid Högskolan i Halmstad och leder det nya forskningsprojektet inom nanoteknik. Bild: IDA FRIDVALL
En lösning på dagens komplicerade och dyra sensorteknik
I dag tillverkas olika typer av optiska sensorer för olika våglängdsområden för att därefter integreras med kisel-baserad elektronik, vilket är både komplicerat och dyrt. Ett stort problem i sammanhanget är att kisel, som är det i särklass mest utnyttjade materialet för elektronik, lämpar sig mindre bra för optiska sensorer. Dessa baseras i stället på andra, dyrare, material som till exempel galliumarsenid eller indiumfosfid.
– Dessa material kan normalt sett inte direkt kombineras med kisel. Fantastiskt nog visar det sig att om man bara krymper de optiska sensorerna till nanometerstorlek så att ”fotavtrycket” blir tillräckligt litet, tillåter moder natur att de direkt kan ”odlas” på en kiselplatta, berättar Håkan Pettersson.
Att direkt kunna ”odla” optiska komponenter, atom för atom, på industriella kiselchip erbjuder fantastiska möjligheter att göra mer kompakt, billigare och effektivare optoelektronik.
– I vårt projekt är utmaningen att tillverka nya typer av kompakta, spänningsstyrda nanotrådssensorer direkt på en kiselskiva. Genom att ändra spänningen till sensorerna kan man ställa om dem för detektion av till exempel kortvågig infraröd strålning för optisk kommunikation, eller långvågig infraröd strålning i värmekameror för säkerhet, miljöövervakning eller medicinska tillämpningar, säger Håkan Pettersson.
På bilden syns en rulle med en tunn guldtråd, tunnare än ett hårstrå. Maskinen är en bondningsmaskin som används för att elektriskt koppla ihop själva sensorn med omvärlden genom att "sy" med guldtråd. Bild: IDA FRIDVALL
Vetenskapliga publikationer
- Intersubband Quantum Disc-in-Nanowire Photodetectors with Normal-Incidence Response in the Long-Wavelength Infrared
Länk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster.
Karimi, M. Heurlin, S. Limpert, V. Jain, X. Zeng, I. Geijselaers, Nowzari, Y.Fu, L. Samuelson, H. Linke, M. T. Borgström and H. Pettersson
Nano Letters 18, 365 (2018) - Room-temperature InP/InAsP Quantum Discs-in-nanowire Infrared Photodetectors Länk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster.
Karimi, V. Jain, M. Heurlin, A. Nowzari, D. Lindgren, J.- E. Stehr, I. A. Buyanova, A. Gustafsson, L. Samuelson, M. T. Borgström and H. Pettersson
Nano Letters 17, 3356 (2017)
Text: HÅKAN PETTERSSON och LOUISE WANDEL
Toppbild: ANDERS ANDERSSON