Nanolaboratórium sa zaviedlo v rámci projektu Štrukturálnych fondov CEX EXTREM I, Centra pokročilých fyzikálnych štúdií materiálov v extrémnych podmienkach, centra excelentnosti ASFEU (EU ERDF European regional development fund, Grant No. ITMS26220120005) a je umiestnené v priestoroch Centra fyziky nízkych teplôt Prírodovedeckej fakulty UPJŠ a Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach – Centre excelentnosti (http://www.saske.sk/CLTP). Na jeho vybudovanie boli zatiaľ použité finančné prostriedky v celkovej výške 630 tis. Eur. Celkový preinvestovaný balík po dokúpení dalších prístrojov predovšetkým z projektu CEX EXTREM II bude približne jeden milión Eur. Vedúcim nanolaboratória je Mgr. Vladimír Komanický, PhD. (vladimir.komanicky@upjs.sk).
V laboratóriu sú umiestnené nové technológie prípravy nanoštruktúr, ktoré patria do skupiny tzv. top-dow metodík. Top-down technológie sú využívané hlavne v počítačovom priemysle, napríklad pri príprave mikroprocesorov a pamätí. Tieto metodiky umožňujú z veľkej matrice pripraviť nanoštruktúry a nanosúčiastky s presne kontrolovanou veľkosťou, rozmiestnením a tvarom. Takéto technológie si vyžadujú priestory s čo najnižšou prašnosťou tzv. čisté priestory. Nanolaboratórium (obr. 1) je preto vybavené vysokoúčinnou filtráciou vzduchu HEPA filtrami a materiály použité pri jeho výstavbe museli byť kompatibilné s nárokmi kladenými na umiestnenie takýchto technológií. Rekonštrukcia zdevastovaných priestorov v suteréne ÚFV UPJŠ (obr. 2) v budove na Park Angelinum 9 si vyžiadala finančné prostriedky vo výške približne 150 tis. Eur.
V súčasnosti sú v laboratóriu k dispozícií dve aparatúry: Atómová silová mikroskopia (AFM) a aparatúra na prípravu tenkých vrstiev magnetrónovým naprašovaním.
AFM (obr. 3) na skenovanie po povrchu vzorky používa veľmi ostrý hrot vyrobený z tvrdého materiálu. AFM umožňuje charakterizáciu povrchov s plochou niekoľkých desiatok mikrometrov, s rozlíšením niekoľko desiatok až jednotiek nanometrov. Týmto zariadením sa dá skúmať nielen topografia povrchov, ale aj ich magnetické, elektrické a mechanické vlastnosti. Ďalej tento prístroj umožňuje aj prípravu nanoštruktúr a nanomanipulácie. Mikroskop bol napríklad použitý na prípravu „nano“ log UPJŠ a ÚEF SAV (obr. 4) pomocou tzv. lokálnej anodickej oxidácie (LAO).
Aparatúra na prípravu tenkých vrstiev magnetrónovým naprašovaním, model Orion od firmy AJA International (obr. 5), umožňuje prípravu tenkých vrstiev, kovových aj nekovových materiálov od hrúbky niekoľkých nanometrov až po niekoľko mikrometrov. Tenké vrstvy sú nevyhnutnými prekurzormi na prípravu nanoštruktúr pri top-down technológiách. Naprašovacia aparatúra je vybavená piatimi magnetrónovými delami v tzv. konfokálnej konfigurácii, pomocou ktorých je možné pripraviť filmy z vysokou uniformitou hrúbky až z troch materiálov naraz, čo sa dá ďalej využiť aj v materiálovom výskume najmä pri príprave pokrokových multikompozitných materiálov a sendvičových multivrstiev s presne definovaným zložením a hrúbkou.
Laboratórium bude v blízkej budúcnosti dovybavené o optickú litografiu, leptacie zariadenie pomocou reaktívnej iónovej plazmy a systém na prípravu ultračistej deionizovanej vody a litografiu elektrónovým zväzkom. Vznikne tak kompletná inhouse infraštruktúra na prípravu a charakterizáciu nanoštruktúr a nanosúčiastok už spomenutými top-down technológiami. Vybudovaním tohto laboratória bol daný základ pre rozvoj nových výskumných smerov v oblasti nanofyziky, nanoelektroniky a nanokatalýzy. Napríklad prednedávnom bol v nanolaboratóriu izolovaný grafén (obr. 6), nanomateriál s revolučnými vlastnosťami.
Nanolaboratórium poskytuje unikátnu infraštruktúru nielen v rámci UPJŠ a SAV, ale aj v rámci celého regiónu. V súčasnosti je laboratórium aktívne využívané vedeckými pracovníkmi z UPJŠ a SAV na skvalitnenie svojho vlastného výskumu a kreovanie nových výskumných smerov, ako aj na rozvíjanie spolupráci medzi špičkovými vedeckými tímami, ktoré operujú v rámci spomenutých inštitúcií.
 |
 |
 |
 |
Obr. 1 Zrekonštruované priestory nanolaboratória a priľahlá chodba so schodišťom.
 |
 |
 |
 |
Obr. 2 Suterénne priestory na ÚFV UPJŠ boli v dezolátnom stave s nutnosťou sanácie obvodových múrov, ktorá bola čiastočne vykonaná, kvôli nedostatku financií ale nebolo možné realizovať odvodnenie obvodových múrov, a preto bola zvolená alternatíva „miestnosti v miestnosti“.
 |
 |
Obr. 3 Atómový silový mikroskop – model ICON od firmy Bruker.
 |
 |
Obr. 4 „Nano-logá“ UPJŠ a ÚEF SAV vytvorené metódou lokálnej anodickej oxidácie pomocou AFM. Na ich vytvorenie boli použité čiary s hrúbkou niekoľkých desiatok nanometrov. Približne 15 takýchto obrázkov sa vedľa seba zmestí po obvode ľudského vlasu.
 |
Obr. 5 Aparatúra na prípravu tenkých filmov magnetrónovým naprašovaním. Model Orion vyrobený firmou AJA International, USA. |
 |
Obr. 6 Na obrázku zhotovenom AFM mikroskopom je vidieť roviny grafénu označené šípkou. Grafén je vrstva tvorená atómami uhlíka, ktoré sú usporiadané v šesťuhoulníkovej rovine a vyskytuje sa napríklad v grafite. Je to nanomateriál s revolučnými vlastnosťami. Pevnosť grafénu je taká vysoká, že keby bol napnutý ponad otvor veľkosti šálky, tak by dokázal udržať hrot ceruzky, na vrchu ktorej je upevnené osobné auto. |
