Німецький фахівець з нанотехнологій Attocube пропонує скануючі зондові мікроскопи для вивчення поведінки складних магнітних наноструктур при наднизьких температурах
Розсуваючи межі нанорозмірних зображень, водночас охоплюючи крайні межі наднизьких робочих температур. Це основна пропозиція, яку пропонує компанія atttocube, німецький виробник спеціалізованих нанотехнологічних рішень для досліджень і промисловості, коли йдеться про проектування, розробку та оптимізацію його портфоліо скануючих зондових мікроскопів (SPM) і відповідних аксесуарів.
Незважаючи на складнощі, пов’язані з кріогенною роботою, команда дизайнерів продуктів attocube має намір подолати розрив між СЗМ при кімнатній температурі та застосуванням при наднизьких температурах. Коротко кажучи: реалізація універсальних і простих у використанні інструментальних платформ СЗМ, що охоплюють низку модальностей, включаючи (але не обмежуючись) атомно-силову мікроскопію (АСМ), АСМ з кондуктивним наконечником, магнітно-силову мікроскопію (МСМ), п’єзо- мікроскопія сили реакції та силова мікроскопія зонда Кельвіна.
«Клієнт-маяк» у цьому відношенні є Стюарт Паркін, чия команда на Інститут фізики мікроструктури імені Макса Планка у Галле, Німеччина, використовує attocube MFM (мікроскоп attoAFM I з модернізацією attoMFM у кріостаті attoLIQUID2000) для вивчення фізичних властивостей систем матеріалів із можливим застосуванням у так званих «запам’ятовуваннях іподрому». Ця технологія раннього етапу, основні принципи якої спочатку були розроблені Паркіним у 2002 році, є перспективним кандидатом для твердотільних енергонезалежних пристроїв пам’яті наступного покоління, які використовують керований струмом рух стінок магнітних доменів у магнітних нанодротах. .
Магнетизм деконструйований
Більш широкі комерційні чинники тут – ємність зберігання надвисокої щільності та значно підвищена енергоефективність – кореняться у фундаментальній фізиці матеріалів. Не в останню чергу той факт, що пам’ять про іподроми за своєю природою є тривимірною – на відміну від властивої двовимірної структури як магнітних дисководів (з даними, що зберігаються на одному двовимірному аркуші магнітного матеріалу), так і мікроелектроніки на основі кремнію (у якій виконується логіка). з використанням одного листа транзисторів, виготовлених на поверхні монокристалічного кремнію).
Наразі Паркін та його команда зосереджені на розумінні базових фізичних властивостей певного класу магнітних наноструктур, відомих як топологічно захищені, неколінеарні магнітні доменні стінки, одночасно оцінюючи їх потенційну корисність як транспортного засобу для швидких та енергоефективних даних. перенесення в майбутнє іподром-пристрої пам'яті. «Ми хочемо відобразити ці магнітні текстури аж до нанорозміру», — пояснює Паркін. «Однак це не так просто – не так багато способів зробити це ефективно».
Одним із підходів, який реалізується в лабораторії Паркіна, є трансмісійна електронна мікроскопія Лоренца — потужний інструмент для вивчення кристалічних і магнітних доменних структур у зв’язку з новими фізичними особливостями. Однак недоліком є те, що цей спосіб візуалізації вимагає від вченого створення дуже тонких, електронно-прозорих ламінарних мембран зразка, щоб електронний промінь міг проходити крізь них – значні накладні витрати з точки зору продуктивності дослідження та результату. «Підготовка зразка складна, трудомістка, а також може пошкодити досліджуваний матеріал», — зазначає Паркін.
Позиціонування для успіху
Навпаки, підготовка зразка є набагато простішою для візуалізації кріо MFM (оскільки вирощений зразок потрібно просто приклеїти до тримача зразка та підвести до електричного контакту перед охолодженням і вимірюванням). З точки зору специфіки, attoAFM I працює шляхом сканування зразка під фіксованим кантилевером і вимірювання відхилення останнього за допомогою волоконного оптичного інтерферометра для реконструкції магнітної текстури поверхні зразка (з латеральною роздільною здатністю <30 нм).
Мікроскоп використовує набір хуг позиціонери для грубого позиціонування зразка в діапазоні кількох мм, у той час як спеціальні, механічно посилені п'єзо хуг сканери забезпечують дуже великий діапазон сканування навіть при кріогенних температурах. Важливо те, що використання немагнітних матеріалів у всій системі означає, що мікроскоп ідеально підходить для низькотемпературних застосувань MFM (до 1.8 K) у поєднанні з сильними магнітними полями (до 12 T).
«Attocube MFM дає нам доступ до широкого діапазону робочих температур [від 1.8 K до 300 K], — пояснює Паркін. «Не менш важливо те, що векторний надпровідний магніт системи означає, що також легко застосовувати магнітні поля до наших зразків — перпендикулярно, у площині або під різними кутами». Гнучкість є само собою зрозумілою: система може бути оснащена надпровідним магнітом на вибір користувача, будь то один соленоїд, розділені котушки або 2D/3D векторні магніти (включно з відповідним джерелом живлення магніту та надпровідними проводами).
Паркін каже, що однією з головних технологічних відмінностей attocube є «експертиза та спадщина» виробника в проектуванні та розробці ступенів нанопозиціонування для маніпулювання зразками (із запатентованим принципом ковзання, що забезпечує кілька ступенів свободи на декілька мм і з субнм точність). «AttoAFM I — це універсальна платформа, — додає він. Більше того, Attocube виробляє всю систему, об’єднуючи головку MFM, ступінь нанопозиціонування, магніт і кріостат, а також керуюче програмне забезпечення, яке об’єднує все разом».
Не менш важливими є відносини між постачальником і клієнтом і те, що Паркін визначає як спільну модель технологічних інновацій. «Очевидно, що attocube створює продукти з великою мірою передбачливості та уваги, щоб скористатися новими дослідницькими можливостями», — підсумовує він. «Таким чином команда розробників продуктів attocube із задоволенням збирає відгуки від кінцевих користувачів, які можуть мати ідеї щодо нових дизайнів інструментів і вдосконалень».
Залучення – це все: слухання кінцевого користувача
Мірко Бакані є старшим менеджером із продуктів компанії attocube портфоліо кріогенних приладів, бізнес-підрозділ, що включає чотири основні лінійки продуктів: кріогенні нанопозиціонери, автоматизовані кріостати з низьким рівнем вібрації, скануючі зонди та конфокальні мікроскопи, а також вимірювальні інструменти для «холодної науки». Ось він розповідає Світ фізики як місія компанії сприяти дослідженню найсучасніших матеріалів «починається і закінчується детальним розумінням нових вимог наукового клієнта».
Що включає в себе щоденна робота в Attocube?
Я маю дослідницький досвід у галузі фізики конденсованих середовищ і маю спеціалізоване ноу-хау щодо застосування кріо-МФМ до низки проблем фундаментальної науки. Таким чином, я говорю тією ж мовою – фактично, тим же діалектом – що й фізики та матеріалознавці, які використовують наші кріогенні прилади. Моя робота полягає в тому, щоб поставити себе на місце клієнта, тому я витрачаю багато часу на аналіз тенденцій у дослідженні конденсованих середовищ і спілкування з науковцями – чи то в їхніх лабораторіях, чи то на конференціях – щоб зрозуміти їхні технологічні вимоги та нові напрямки наукових досліджень. По суті, я виступаю в якості моста між замовником і нашими власними командами розробки продукту, повідомляючи про «обов’язкові речі» від кінцевого користувача, а потім погоджуючи відповідне технічне рішення та впровадження продукту.
Як Attocube виділяється з точки зору розробки продукту та інновацій?
Вертикальна інтеграція лежить в основі ціннісної пропозиції attocube. Ми розробляємо та виробляємо всі основні будівельні блоки наших комерційних інструментів, що дає нам повний контроль над функціональністю та гарантією якості на рівні компонентів, підсистем і систем. Наприклад, у кріо-MFM такі сприятливі технології включають етап нанопозиціювання, підсистему сканування, блок виявлення відхилення, а також корпус мікроскопа та кріостат із низьким рівнем вібрації. Цей детальний рівень контролю формує нашу дорожню карту розробки продуктів і постійні технологічні інновації, дозволяючи нашим командам інженерів ітерувати розширені функції продукту модульним способом і в кінцевому підсумку створювати оптимізований продукт для виконання ролі «робочої конячки» в дослідницьких лабораторіях по всьому світу.
Як щодо вашого підходу до залучення клієнтів і нового бізнесу?
Знову ж таки, ми надаємо пріоритет спеціалізованим знанням і досвіду наших інженерів із продажів, кожен з яких має досвід післядипломних досліджень у галузі фізичних наук. Їхня роль набагато більше, ніж продажі, однак це спеціалізовані технічні консультації – розуміння науки клієнта та його вимог до приладів. Простіше кажучи: нам не потрібно знати відповіді на дослідницькі запитання клієнта, хоча нам потрібно розуміти самі питання. Таким чином ми можемо розробити сприятливі технології, які розкриють креативність, винахідливість і уяву всіх наших кінцевих користувачів. Це підхід, який працює: багато нових клієнтів приходять до нас, коли бачать успіх існуючих клієнтів з обладнанням Attocube.
Отже, в кінцевому підсумку все залежить від тісної взаємодії з кінцевим користувачем?
Правильно. Кожен кріоМФМ, наприклад, встановлюється в лабораторії в присутності замовника. Цей процес – встановлення, введення в експлуатацію та приймання – займає близько трьох днів із комплексним підходом до навчання продукту та передачі знань. Усе це є частиною місії Attocube щодо забезпечення постійного наукового впливу на своїх клієнтів за допомогою кріогенних приладів.
