Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie

Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie

INPAC’s missie: Onderzoek naar het effect van nanostructurering en opsluiting op nanometerschaal van ladingen, spins, en fotonen op de elektrische, magnetische, optische, en chemische eigenschappen van inorganische, organische, en biomaterialen met als doel het doorgronden van het fundamenteel verband tussen toestanden van gekwantiseerde opsluiting en fysische en chemische eigenschappen van deze materialen.

www.kuleuven.be/inpac

Onderzoeksactiviteiten Nanosupergeleiders ƒ Evolutie van supergeleiding op nanoschaal ƒ Fluxopsluiting in individuele 2D- en 3D-nanostructuren ƒ Supergeleiders met nanogeconstrueerde periodische pinning-roosters ƒ Verkenning van de mogelijkheid van biomoleculen als sjabloon voor de depositie van nanogemoduleerde films

Gaten voor vortex ratchets

Supergeleidende stippen

6 16

4

12 8

6

16 12

4

8 4

0

0

2

4

µm

TC (Φ /Φ0) voor een supergeleidende ring

2

µm

0 0

Nanomagneten ƒ Onderzoek van de magnetische eigenschappen van individuele entiteiten met afnemende afmetingen (de evolutie van magnetisme op nanoschaal) (a1) -6.72 eV LUMO

(1dxy ), (1dx²-y²) (1dxz ), (1dyz)

HOMO

(e2) -8.10 eV (e3) -8.15 eV

ƒ Het begrijpen van de eigenschappen van de elementaire "magnetische bouwstenen" (nanocellen, clusters...) alsook hun collectief gedrag in agglomeraten

(1dz²)

(1pz )

Afbeelding met X-stralenreflectometrie van een magnetische nanostructuur Magnetische domeinen in een antiferromagnetisch Fe/Crsuperrooster

(1s)

Ag 4d band

Berekende elektronische structuur van een Ag-cluster gedopeerd met magnetisch Co-atoom

ƒ Onderzoek van superstructuren (superroosters en clusters ingebed in matrices) via de combinatie van individuele magnetische entiteiten (constructie van geavanceerde structuren uit elementaire bouwstenen in de chemie)

Omslag (van boven naar onder): Simulatie van een vortexverdeling in een supergeleidend vierkant, cluster gedeponeerd op een oppervlak, STM-opname van een molecule.

Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie

Onderzoeksactiviteiten Supergeleider/Ferromagneet hybride nanosystemen ƒ Vortexmaterie in supergeleider/ferromagneet -hybrides ƒ Nieuwe mogelijkheden voor vortexmanipulatie met magnetische pinning-sites op nanoschaal en magnetische patronen ƒ Nieuwe fenomenen zoals veld-geïnduceerde supergeleiding en supergeleiding aan domeingrenzen

Veld-geïnduceerde supergeleiding Rooster van magnetische stippen op een supergeleidende dunne film

Magnetische domeinen in BaFe12O19 Distributie van ordeparameter in een supergeleidend vierkant met een magnetische stip (vorticiteit= -27)

Koolstof-nanosystemen ƒ Koolstof-nanobuizen en gerelateerde materialen, inclusief fullerenen, zijn unieke nanosystemen met een groot wetenschappelijk en technologisch potentiëel ƒ Realistische modellering van de elektronische structuur van koolstof-nanomaterialen ƒ Experimenteel onderzoek naar elektrische en mechanische eigenschappen SEM

AFM

resonance Ringstromen in nanografeen MHz 110 nm 300

90

70 1 µm

0

50

Afbeelding met SEM en AFM van een spiraalvormige koolstof-nanobuis. De dynamische AFM-mode verschaft directe informatie over de mechanische resonantie van de windingen van de buis

Onderzoeksactiviteiten Silicium-nanosystemen ƒ Integratie van onderzoek op Si-gebaseerde nanosystemen en 2D-structuren op het gebied van de eigenschappen van nanodeeltjes, lagen, grensvlakken en oppervlakken, gebaseerd op een complementaire studie van fononen, ladingen en spins ƒ Si-clusters gedopeerd met metaalatomen hν hν Au/Al (15 nm) ƒ Fonon- en elektrontoestanden in 2D-systemen IPS ƒ Nanodeeltjes en inbedding + ƒ Grensvlakken en puntdefecten -

BIAS Si

Tussenlaag van Fe-Si in een Fe matrix

pA

Vg>0

MeOx Au/Al

+

BIAS

Si pA

Vg <0

Fe FeSi Fe

Submonolaagdepositie van Fe op Si(111) (met MBE)

Al@Pb12+

Materialen voor nanofotonica ƒ Nano-opsluiting in fotonica – de golflengte van licht is inherent op nanometerschaal ƒ Toevoegen van magnetische component aan de interactie met licht ƒ Combinatie van niet-lineare optica met spectroscopie van individuele molecules op nanoschaal ƒ Engineering en toepassing van fotonische heterostructuren voor ontwikkeling van optische geïntegreerde schakelingen ƒ Ontwikkelen van foto–schakelbare proteïnes voor een verbeterde ruimtelijke resolutie van fluorescentiemicroscopie Chirale moleculen

Fotonisch kristal van silicasferen van 290 nm en een monolaag van silicasferen van 417 nm

Chiraal licht

Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie

Onderzoeksactiviteiten Zelf-assemblerende moleculaire en macromoleculaire structuren ƒ Controle van de creatie van organische structuren op nanoschaal met grote nauwkeurigheid (met speciale aandacht voor chiraliteit) ƒ Uiterst geordende 2D-sjablonen voor nanostructuren ƒ Zelf-assemblerende nanostructuren onder potentiaalcontrole ƒ Mengsels van moleculen en polymeren die zichzelf organiseren in bicontinue percolerende systemen ƒ Karakterisering van de elektronische en optische eigenschappen van zelf-assemblerende structuren ƒ Synthese van nieuwe chirale geleidende polymeren die zichzelf assembleren in chirale supramoleculaire structuren STM-afbeelding van monomeren en sandwich-dimeren van phthalocyanine

STM-afbeelding van rosetten van π-geconjugeerde OPV’s

STM-afbeelding van chiraal poly(3,7-dimethyloctyl)thiophene in een chirale mono- en bilaag

Ketens van bacteriën, gevisualiseerd door elektronenmicroscopie, kan gebruikt worden als 1D-sjablonen voor depositie van nanodeeltjes

Fundamenteel Onderzoek - Technologie - Onderwijs INPAC – IMEC – Erasmus Mundus MNST

Fundamenteel Onderzoek INPAC www.kuleuven.be/inpac

Toegepast Onderzoek IMEC www.imec.be

Onderwijs Erasmus Mundus Master of Nanoscience and Nanotechnology www.kuleuven.be/MNST

Onderzoeksfaciliteiten µB

e ηω

INPAC

nt e Mo o l r Ca

K.U.Leuven

Modeling Tools

Integrated Physical Properties

6

45

TD(GL)

Bogoliubovde Gennes

Ab initio calculation

AbrikosovGor’kov

Kohn – Sham DFT

Car – Parrinello DFT

Molecular dynamics

6

C PA

Time resolved calorimetry

SQUID VSM

High field ρ, M, CR, PL

Mössbauer spectroscopy

Low T CEMS I-V, C-V, G-V

Neutron scattering

Micro-Raman spectroscopy

SPM in fluids

AFM in fluids

Hyper-Rayleigh scattering

Transient photoconductivity

Confocal microscopy

X-ray magnetic hyperfine spectr.

5

PM SH 4

Local Probe Techniques

Optical Techniques

4

LT – vacuum STM

LT – vacuum STS

LT- AFM

LT- MFM

3

Quasi-elastic light scattering

Time resolved spectroscopy

Photoionization spectroscopy

MO KERR

XRD Integrated Structural Properties NanoStructuring Techniques

Thin film Preparation

2

XPS

Auger

Raman spectroscopy

UV-VIS

Rh

ESR

RBS

IPE

ERD

Channeling

SEM

E-beam patterning

Ion beam patterning

STM – writing

Optical lithography

Nanomanipulator

Selfassembly

Self- organized etching

Molecular beam epitaxy

Cluster beam deposition

Low energy ion deposition

Sputtering

0

Electro-chemical deposition

Spin casting

Potentio-control adsorption

ltMe i n g h enc

1

qu

uir ng m La gett d Blo 0

Dunne-filmpreparatie ƒ Moleculaire-bundelepitaxie ƒ Sputtering & Evaporatie ƒ Laag-energetische ionendepositie/-implantatie ƒ Cluster-bundeldepositie ƒ Electrochemische depositie ƒ Spin casting ƒ Potentiocontroleadsorptie ƒ Langmuir-Blodgett-laagdepositie

Nanostructureringtechnieken ƒ E-bundel-patroonvorming ƒ Ionenbundel-patroonvorming ƒ STM-schrijven ƒ Optische lithografie ƒ Nanomanipulatie ƒ Zelf-assemblatie ƒ zelf-georganiseerd etsen ƒ Smeltafkoeling

eed

2

TEM

1

Evaporation

3

nt s ce ore er Flu sort l cel

Riber MBE - IMBL

-

Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie Geïntegreerde structurele eigenschappen ƒ X-stralendiffractie (XRD) ƒ Auger-spectroscopie ƒ X-stralen-fotoelektronspectroscopie (XPS) ƒ Micro-Raman en resonante-Raman-spectroscopie ƒ Rutherford-terugverstrooiingsspectrometrie (RBS) ƒ Elastische-uitstoot-detectie-analyse (ERD) ƒ Ionenbundelkanalisatie ƒ Reflectie hoog-energetische elektronendiffractie (RHEED) ƒ Raster-elektronenmicroscopie (SEM) ƒ Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) ƒ Elektron-spin-resonantie-spectroscopie (ESR) ƒ Interne foto-emissiespectroscopie (IPE)

Clusterbron met vaporisatielasers

Optische technieken

Locale-probetechnieken ƒ Raster-tunnellingmicroscopie (lage temperatuur en vacuüm) ƒ Raster-tunnellingspectroscopie (lage temperatuur en vacuüm) ƒ Atomaire-krachtmicroscopie (lage temperatuur, atmosferisch, in vloeistoffen) ƒ Magnetische-krachtmicroscopie (lage temperatuur) ƒ Raster-probemicroscopie in vloeistoffen ƒ Raster-Hall-probe-microscopie

ƒ Ultraviolet-zichtbaar-spectrofotometrie (UV-VIS) ƒ Tijdsontbonden spectroscopie ƒ Fotoionisatiespectroscopie ƒ Massaspectrometrie ƒ Quasi-elastische lichtvertrooiing ƒ Hyper-Rayleigh-verstrooiing ƒ Hoge (gepulste) magnetisch-veld-fotoluminescentie ƒ Confocale microscopie ƒ Magneto-optisch KERR-effect ƒ Transient-fotoconductiviteit ƒ Fluorescentie-geassisteerde cellsorteerder

Geïntegreerde fysische eigenschappen ƒ Tijdsontbonden, laser-geïnduceerde optoakoustische calorimetrie ƒ SQUID-magnetometrie ƒ Vibrerend-sample-magnetometrie ƒ Hoge (gepulste) magnetisch-veldresistiviteit en magnetisatie ƒ Mössbauerspectroscopie ƒ X-stralen-magnetische hyperfijnspectroscopie ƒ Neutronverstrooiing ƒ Massacentrumspectroscopie (lage temperatuur) ƒ Gestoorde hoekcorrelatiespectroscopie ƒ I-V-, C-V- en σ−V-analyse

Raster probe microscoop

Modelleringsinstrumenten

Berekende isooppervlakken voor de verschillende ladingsdichtheden in USn3

ƒ Tijdsafhankelijke Ginzburg-Landau ƒ Bogoliubov-de Gennes ƒ Ab-initio berekeningen ƒ Abrikosov-Gor'kov ƒ Kohn-Sham-dichtheidsfunctionaaltheorie ƒ Car-Parrinello-dichtheidsfunctionaaltheorie ƒ Moleculaire-dynamicasimulaties ƒ Monte-Carlo-simulaties

Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie Stuurgroep Prof. Victor V. Moshchalkov Directeur INPAC Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie Celestijnenlaan 200 D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327618 Fax: + 32 16 327983 E-mail: [email protected] Prof. Arnout Ceulemans Vice-directeur INPAC Departement Chemie Kwantumchemie en Fysicochemie Celestijnenlaan 200F, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327363 of +32 16 327356 Fax: +32 16 327992 E-mail: [email protected] Prof. Mark Van der Auweraer Departement Chemie Moleculaire en Nanomaterialen Fotochemie en Spectroscopie Celestijnenlaan 200F, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327496 of +32 16 327418 Fax: +32 16 327990 E-mail: [email protected] Prof. Chris Van Haesendonck Departement Natuurkunde en Sterrenkunde Vaste-Stoffysica en Magnetisme Nanofysica met bewegende sondes Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327501 of +32 16 327184 Fax: +32 16 327983 E-mail: [email protected] Prof. André Vantomme Departement Natuurkunde en Sterrenkunde Kern- en Stralingsfysica Nucleaire Vaste-Stoffysica Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327514 of +32 16 327680 Fax: +32 16 327985 E-mail: [email protected]

Hoe ons te bereiken: E-mail: [email protected] Web: www.kuleuven.be/inpac

Prof. Koen Clays Departement Chemie Moleculaire en Nanomaterialen Moleculaire Electronica en Fotonica Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327508 Fax: +32 16 327982 E-mail: [email protected] Prof. Peter Lievens Departement Natuurkunde en Sterrenkunde Vaste-Stoffysica en Magnetisme Clusters en Laserspectroscopie Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327207 of +32 16 327184 Fax: +32 16 327983 E-mail: [email protected] Prof. Andre Stesmans Departement Natuurkunde en Sterrenkunde Halfgeleiderfysicas Electron Spin Resonance Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327179 of +32 16 327281 Fax: +32 16 327987 E-mail: [email protected] Prof. Jozef Vanderleyden Departement of Microbiële en Moleculaire Systemen (M2S) Centrum voor Microbiële en Plantgenetica Cel-cel interacties Kasteelpark Arenberg 20, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 329679 of +32 16 321631 Fax: +32 16 321966 E-mail: [email protected] Prof. Johan Vanacken Wetenschappelijk secretaris INPAC Instituut voor Nanoschaalfysica en -chemie Celestijnenlaan 200 D, B-3001 Leuven Telefoon: +32 16 327198 Fax: + 32 16 327983 E-mail: [email protected]