Projekta nosaukums: Strukturētas hibrīdās daudzslāņu kārtiņas optiskajiem sensoriem

Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/615

Projekta vadītājs (pēcdoktorants): pētniece Dr. Aušrinė Jurkevičiūtė

Projekta īstenošanas termiņš: 01.01.2021.–30.06.2023.

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 111 504,90 eiro, no kura 5% jeb 5575,25 eiro ir Latvijas Universitātes finansējums.

Projekta mērķis: Izmantojot jaunākās zināšanas un iestrādes, izveidot tehnoloģijas un aprīkojumu, kas ļautu izgatavot refraktometriskus sensorus, balstoties uz gaismas izkliedi strukturētās hibrīdās daudzslāņu sistēmās.

Projekta rezultāti: Dažādi strukturēti metāla-dielektriķa-metāla daudzslāņu substrāti ar parametriem un izmēriem, kas, izmantojot modelēšanu un eksperimentāli iegūtas sakarības, optimizēti optiskajiem sensoriem, kā arī to izgatavošanas tehnoloģija; 2 zinātniskās publikācijas, 3 konferenču tēzes vai abstrakti.

I ceturksnis (01.01.2021.–31.03.2021.)

Pirmajā kvartālā sākts apgūt LU Ķīmiskās fizikas institūtā pieejamās tehnoloģijas ultraplānu anodēta alumīnija oksīda pārklājumu sintēzei. Izmēģināti alternatīvi paņēmieni oksīda slāņa biezuma noteikšanai, kā arī vairākslāņu sistēmu modelēšana. Izvērtētas vairākas programmatūras paketes modelēšanai ar FDTD (Finite-difference time-domain) metodi. Apgūts apmācību kurss un iegūts sertifikāts par Ansys Lumerical FDTD programmatūras lietošanu.

Aktivitātes ietvaros sniegti divi referāti konferencēs (Optical Properties of Hybrid Films: Towards Optical Sensors, LU 79. Starptautiskā Zinātniskā Konference, Piektdiena, 2021. gada 5. februārī plkst. 10.30, tiešsaistē, un Spectroscopic Ellipsometry Investigation of Uniformity of Diamond-Like Carbon and Silver Nanocomposite Thin Film, Open Readings, 2021. g 16.-19. martā.). Konferencēs iegūtas jaunas zināšanas projekta izpildei. Par projektu informēti kolēģi no Kauņas Tehniskās universitātes attālinātā seminārā 2021. g. 9.martā.

II ceturksnis (01.04.2021.–30.06.2021.)

Projekta otrajā ceturksnī pēcdoktorante turpināja izstrādāt tehnoloģiju precīza biezuma porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) pārklājumu veidošanai. Matemātiskais modelis oksīda pārklājumu biezuma noteikšanai anodēšanas laikā, kas balstās uz atstarošanās spektru mērījumiem, tika izveidots GNU Octave atvērtā koda programmatūrā. Mobilitātes ietvaros, komandējuma laikā Kauņas Tehniskajā Universitātē (Lietuva, 1. maijs - 30. jūnijs) viņa sagatavoja nanokompozītu slāņu paraugus, kas sastāv no dimantam līdzīgā oglekļa (DLC, diamond-like carbon)  un sudraba nanodaļiņām. Minēto PAAO un DLC paraugu izgatavošana atbilst plānotajam aktivitātē WP1 (Plānu neorganisko kompozītu kārtiņu izveide, strukturēšana un optiski aktīvu nanostrukturētu slāņu sintēze).

Viens konferences ziņojums “Investigation of Thickness Distribution of Magnetron Sputtered Diamond-like Carbon and Silver Nanocomposite by Spectroscopic Ellipsometry” ar mutisku uzstāšanos tika prezentēts 17. jauno zinātnieku konferencē “Developments in Optics and Communications” 2021 (2021. gada 15.-16. aprīlī, Rīgā, attālināti). Pēcdoktorante ir piedalījuies arī tiešsaistes apmācības seminārā (“Online Training on Proposal Writing for Marie Skłodowska-Curie Actions Postdoctoral Fellowships (MSCA - PF)”, 2021. gada 7. – 8. Jūnijs) un tiešsaistes vasaras skolā (“Micro- and nanofabrication of electronic and photonic devices”, 2021. gada 17. – 18. jūnijs).

III ceturksnis (01.07.2021.–30.09.2021.)

Trešajā ceturksnī pēcdoktorantūras pētniece piedalījās trīs konferencēs ar ziņojumiem par pirmās aktivitātes (WP1 Plānu neorganisko kompozītu kārtiņu izveide, strukturēšana un optiski aktīvu nanostrukturētu slāņu sintēze) rezultātiem:

1) Nanotehnoloģijas un inovācijas Baltijas jūras reģionā 2021 (4th conference “Nanotechnology and Innovation in the Baltic Sea Region 2021”, 4.-6. augusts), tiešsaistes prezentācija “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Determination during Anodization Process”;

2) Viedie materiāli un tehnoloģijas (23rd international conference-school "Advanced Materials and Technologies 2021", 23.-27. augusts. Palanga, Lietuva), “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Dependence on Anodization Time”;

3) Eiropas Materiālu pētniecības biedrības rudens konference “E-MRS 2021 Fall Meeting” 20.-23. septembris, “Thickness Monitoring of Porous Anodized Aluminium Oxide During Anodization”.

Komandējuma laikā Kauņas Tehnoloģiju universitātē (Lietuva) tika turpināta spektroskopiskās elipsometrijas rezultātu, kas iegūti vizītes laikā pagājušajā ceturksnī, apstrāde.

IV ceturksnis (01.10.2021.–31.12.2021.)

Dimantam līdzīgā oglekļa kompozītu ar sudraba nanodaļiņām (DLC:Ag) un porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) plāno kārtiņu paraugi tika analizēti ar spektroskopisko elipsometriju un eksperimentālo datu aproksimāciju ar optisko modeli. Eksperimentālo datu analīzē tika iegūti sekojoši rezultāti: DLC:Ag un PAAO laušanas un ekstinkcijas koeficienti, slāņu biezumi, tilpuma koncentrācijas sudraba nanodaļiņām DLC un porām PAAO. Viendabīguma novērtēšanai tika izveidotas PAAO paraugu biezuma kartes, katra no 400 (20 × 20) mērījumiem, pārklājot gandrīz visu parauga virsmu, aptuveni 4,8 mm × 4,8 mm lielu laukumu.

Atstarošanās datu analīzes skripti oksīda biezuma noteikšanai (izstrādāti GNU Octave bezmaksas programmatūrā otrajā ceturksnī), tika ievērojami atjaunināti, lai iekļautu barjeras slāni, labāk pielāgotus algoritmus un precīzākas optiskās konstantes, kas iegūtas no spektroskopiskās elipsometrijas analīzes.

Tika pabeigta alumīnija monokristālu anodēšanas tehnoloģijas izstrāde un sagatavots tehnoloģijas apraksts. To pārskatīja zinātniskais konsultants Dr. phys. Juris Prikulis kā arī LU Ķīmiskās fizikas institūta (ĶFI) vadošais pētnieks Dr. chem. Raimonds Popļausks. Tehnoloģiju ir apstiprinājusi LU ĶFI vadība. Esošajā versijā tehnoloģija ir pietiekama, lai nodrošinātu tālāko projekta izpildi ar vajadzīgās kvalitātes anodētā alumīnija oksīda substrātiem, bet nākotnē to ir paredzēts attīstīt un uzlabot.

V ceturksnis (01.01.2022.–31.03.2022.)

Poraina anodētā alumīnija oksīda (PAAO) paraugi tika pārklāti ar zelta nanodaļiņām.

Vairāki PAAO paraugi tika sagatavoti izmantošanai mobilitātes laikā - komandējumā Kauņas Tehnoloģiju universitātē (Lietuva).

Tika veiktas FDTD (finite-difference time-domain, ierobežotu atšķirību laika domēna) simulācijas, lai iegūtu teorētiskās gaismas izkliedes vērtības pie dažādām parametru kombinācijām (dažāda izmēra nanodaļiņas, attālumus starp daļiņām, slāņu biezumi, u.c.).

Paraugu biezuma kartēšanas rezultāti tika prezentēti Latvijas Universitātes 80.starptautiskās zinātniskās konferences sesijā “Nanotehnoloģijas un radiācijas procesi”, kas tika rīkota tiešsaistē 3.un 4. februārī; mutiskās prezentācijas nosaukums “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Determination Employing Spectroscopic Ellipsometry” (“Poraina anodētā alumīnija oksīda biezuma noteikšana, izmantojot spektroskopisko elipsometriju”).

Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās vairākos tiešsaistes semināros, lai iegūtu jaunas zināšanas un prasmes:

1) “Springer Nature Summit” (8. februāris), organizētājs Springer Nature;

2) “Publicēšanas ētika” (“Publishing Ethics”, 23. februāris), organizētājs Taylor & Francis Group;

3) “Publicēšana fizikas un inženierzinātņu žurnālos un grāmatās” (“Publishing in Physical Science and Engineering Journals and Books”, 9. marts), organizētājs Taylor & Francis Group;

4) “Kiberdrošības apmācība” (“Kibernetinio saugumo mokymai”, 31. marts), organizētājs NOD Baltic.

VI ceturksnis (01.04.2022.–30.06.2022.)

Izmantojot lāzera ablāciju, DLC un DLC:Ag paraugu virsma tika strukturēta ar periodisku rakstu (līnijām un iespiedumiem). DLC:Ag kārtiņas tika uzklātas uz PAAO, izmantojot magnetrona izsmidzināšanas metodi. Porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO), dimantam līdzīgā oglekļa (DLC), DLC ar sudraba nanodaļiņām (DLC:Ag), PAAO ar Au nanodaļiņām (PAAO:Au) un PAAO pārklāta ar DLC:Ag (PAAO:DLC:Ag) paraugu īpašības tika pētītas ar spektroskopiskās elipsometrijas mērījumiem. Paraugi tika analizēti ar spektroskopisko elipsometriju un eksperimentālo datu aproksimāciju ar optisko modeli. Tika iegūti paraugu biezumi un optiskās īpašības.

Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās divās konferencēs ar ziņojumiem par rezultātiem:

1) 18th International Young Scientist conference “Developments in Optics and Communications” 2022 (DOC, 21.-22. aprīlis, attālināti); plakāta prezentācija ar nosaukumu "Predicting Optical Properties of Porous Anodized Aluminum Oxide Covered with Gold Nanoparticles by Finite-Difference Time-Domain Modelling".

2) The 9th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry (ICSE, 22.-28. maijs, attālināti); plakāta prezentācija ar nosaukumu "Thickness Uniformity of Porous Anodised Aluminium Oxide Investigated by Spectroscopic Ellipsometry Mapping".

Pētniece arī piedalījās tiešsaistes seminārā "Understanding Open Research" (20. aprīlis), organizētājs Taylor & Francis Group.

Pēdējās izmaiņas veiktas