Pomiary termiczne nanomateriałów
Do pomiaru niezwykle małych pojemności cieplnych (energii termicznych wymaganych do zmiany temperatury) w nanomateriałach wymagane są ulepszone techniki kalorymetryczne. Finansowany ze środków UE projekt "Atto-calorimetric tools to explore material properties in the nanoscale" (ATTOCALMAT) zainicjowano z myślą o stworzeniu narzędzia do pomiarów termicznych w małych skalach. Opracowana metoda nanokalorymetrii stanu ustalonego z impulsami mikrosekundowymi łączy ulepszenia sygnału wynikające z szybkiego skanowania z zaawansowanym uśrednianiem sygnału możliwym dzięki technikom stanu ustalonego. Kluczem do uzyskania wysokiej rozdzielczości jest wyjątkowo szybkie nagrzewanie, natomiast anomalie pomiarowe są niwelowane poprzez uśrednianie sygnału. Naukowcy wykorzystali oba zjawiska w nanoukładach do pomiaru pojemności cieplnej pojedynczych nanoobiektów z uwzględnieniem temperatury, przyłożonych pól elektrycznych lub magnetycznych oraz czasu. Te ostatnie zależności mają kluczowe znaczenie w procesie tworzenia nowych pamięci magnetycznych oraz urządzeń spintronicznych i fotonicznych. W ramach projektu ATTOCALMAT stworzono doświadczalną instalację pomiarową z nowo zaprojektowanymi nanokalorymetrami i cewką nadprzewodzącą do generowania pól magnetycznych. Nowe kalorymetry mają mniejsze powierzchnie wykrywające, aby zwiększyć selektywność. Oprzyrządowanie zsynchronizowano w taki sposób, aby podgrzewanie impulsowe odbywało się w tle przy jednoczesnym kontrolowaniu zmiennych zewnętrznych, takich jak pole magnetyczne, ciśnienie gazu i temperatura. Instalacja stanowi istotny wkład projektu w analizę wpływu rozmiarów na pojemność cieplną. Badacze pomyślnie wykorzystali nową instalację doświadczalną do analizy reakcji na powierzchniach styku palladu, niklu i krzemu podczas formowania krzemków, czyli związków krzemu z innym pierwiastkiem. Przeprowadzono też doświadczenia z jednoczesnymi pomiarami nanokalorymetrycznymi i pomiarami promieniowania synchrotronowego, co pozwoliło uzyskać wgląd w mechanizmy formowania fazy krzemkowej. Dalsze optymalizowanie i wykonywanie kompletnych układów podgrzewania impulsowego o małej powierzchni umożliwi dokonywanie ważnych nowych pomiarów drobnych zmian cieplnych podczas reakcji chemicznych. Dzięki takim pomiarom naukowcy i inżynierowie będą mogli opierać się na faktach podczas projektowania nowych układów między innymi w dziedzinach pamięci magnetycznych, spintroniki i fotoniki.
Słowa kluczowe
Nanomateriały, termiczne, pojemność cieplna, impulsy mikrosekundowe, stan ustalony, nanokalorymetria, ultraszybkie nagrzewanie, pola magnetyczne, pamięć magnetyczna, spintronika, układy fotoniczne, krzemki
