Materialmodifiering med jonstrålar

Jonstrålar kan användas för att manipulera materialegenskaper. På Tandemlaboratoriet använder vi joner i ett brett spektrum av energier, från låga keV till flera MeV, för många olika tillämpningar.

Om du vill beställa implantationer eller är intresserad av andra tjänster inom jonstrålemodifiering av material (IBMM), se gärna här.

keV-jonimplantationer

Vi använder keV-jonimplantationer för att ändra de elektroniska egenskaperna hos material. Det mest framträdande exemplet är åstadkommandet av specifika koncentrationer av dopämnen i halvledare. Denna metod används också för att skapa ohmska kontakter. Jonimplantationer kan även leda till bildning av nanopartiklar med elektroniska eller optiska egenskaper som skiljer sig från det ursprungliga materialet.

Vi utvecklar för närvarande möjligheter för att utföra implantationer med jonenergier av några keV eller även lägre. Dessa lågenergi-implantationer kommer att användas för dopning av 2D-material.

Svepelektronmikroskopisk bild av ett polyimidprov. Mörka fläckar visar öppningar som orsakats av en jonstråle. Skalan anger 300 nm.

Svepelektronmikroskopisk bild av ett polyimidprov som har bestrålats med syrejoner med en energi på 3,25 MeV

Tillverkning av nanostrukturer

Energiska joner kan skapa nanostrukturer i material, t.ex. porer, upphöjningar eller spår (”ion tracks” på engelska). Vid Tandemlaboratoriet studerar vi bland annat hur keV-joner kan skapa porer i membran för potentiella tillämpningar inom filtrering. Genom att bestråla ett material genom en mönstrad mask kan vi även selektivt implantera joner och skapa strukturer med varierande kemisk sammansättning, till exempel magnetiska nanostrukturer.

Mycket forskning om bildning av nanostrukturer har gjorts i energiområdet för GeV-joner. Vi undersöker nu i vilken utsträckning MeV-joner, som kräver mycket mindre acceleratorer och annan instrumentering, kan användas i stället. Som ett exempel har vi använt MeV-joner för att producera etsbara spår i polyimidmembran.

Jonbestrålningar

Förutom exakt skräddarsydda elektroniska och strukturella egenskaper kan jonbestrålning också användas för att framkalla skador. Bestrålning kan göra enkristallina material amorfa, vilket exempelvis gör det möjligt för forskare att analysera hur kristallstrukturen återställs. På Tandemlaboratoriet testar vi också strålningshärdigheten hos olika material och komponenter, eftersom jonbestrålning effektivt kan simulera miljöer med hög strålning som rymden eller kärnreaktorer.

Publikationer i urval

Tuning TiO₂ memristors by defect engineering: From short-term memory to recoverable long-term resistance states

Kaur, Rajdeep; Tran, Tuan Thien; Lindblad, Rebecka; Zhang, Zhen et al.

Ingår i ACS Applied Materials and Interfaces, s. 28009-28019, 2026
- DOI för Tuning TiO₂ memristors by defect engineering: From short-term memory to recoverable long-term resistance states
- Ladda ner fulltext (pdf) av Tuning TiO₂ memristors by defect engineering: From short-term memory to recoverable long-term resistance states
Mobility of Single Vacancies and Adatoms in Graphene at Room Temperature

Tran, Tuan; Persson, Per O. Å.; Pham, Ngan Hoang; Holeňák, Radek et al.

Ingår i Small, 2025
- DOI för Mobility of Single Vacancies and Adatoms in Graphene at Room Temperature
- Ladda ner fulltext (pdf) av Mobility of Single Vacancies and Adatoms in Graphene at Room Temperature
Proton irradiation-induced cracking and microstructural defects in UN and (U,Zr)N composite fuels

Charatsidou, Elina; Giamouridou, Maria; Fazi, Andrea; Nagy, Gyula et al.

Ingår i Journal of Materiomics, s. 906-918, 2024
- DOI för Proton irradiation-induced cracking and microstructural defects in UN and (U,Zr)N composite fuels
- Ladda ner fulltext (pdf) av Proton irradiation-induced cracking and microstructural defects in UN and (U,Zr)N composite fuels
Ion Track Formation and Nanopore Etching in Polyimide: Possibilities in the MeV Ion Energy Regime

Kaur, Rajdeep; Eljamal, Ghada; Tran, Tuan Thien; Primetzhofer, Daniel et al.

Ingår i Macromolecular materials and engineering, 2024
- DOI för Ion Track Formation and Nanopore Etching in Polyimide: Possibilities in the MeV Ion Energy Regime
- Ladda ner fulltext (pdf) av Ion Track Formation and Nanopore Etching in Polyimide: Possibilities in the MeV Ion Energy Regime
Position‐Selective Introduction of Ferromagnetism on the Micro‐ and Nanoscale in a Paramagnetic Thin Palladium Film

Ström, Petter; Vantaraki, Christina; Kaur, Rajdeep; Tran, Tuan et al.

Ingår i Physica Status Solidi. Rapid Research Letters, 2024
- DOI för Position‐Selective Introduction of Ferromagnetism on the Micro‐ and Nanoscale in a Paramagnetic Thin Palladium Film
- Ladda ner fulltext (pdf) av Position‐Selective Introduction of Ferromagnetism on the Micro‐ and Nanoscale in a Paramagnetic Thin Palladium Film

Kontakt

Allmänna frågor om laboratoriets verksamhet kan skickas till:
tandemlaboratoriet@physics.uu.se