Ion beams: creating functionalities and probing interfaces in materials

离子束:在材料中创建功能和探测界面

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-06679
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The central theme of my proposed research is unravelling the mystery of materials on the electronic level, with focus on quantum structures and other nanoscale materials, with the electronic properties modified from their bulk analogues. My group studies atomic-scale behavior of semiconductor quantum dots (QD) with emphasis on their interfaces. Advanced fabrication methods such as ion beam modification (IBM) and molecular beam epitaxy (MBE) combined with nanofabrication are used. Surface and interface characterization tools with sub-nanometer depth resolution, and the atomic lateral resolution as well as time-domain optical spectroscopy are employed. Three major themes will be pursued in the next five years: 1. Semiconductor quantum structures: interplay of quantum confinement, interface and defect states. We have established expertise in the fabrication of silicon QDs using ion beams and will further explore the difference in optical and electronic properties of these systems when doped. We are interested in the interactions of photons (visible or X-ray) with these QD assemblies studied using photoluminescence (PL), time-resolved PL and X-ray excited optical luminescence (XEOL). Special effort will be given to characterization of the QDs/matrix interfaces and description of the transport properties using various transport models. These studies will be extended to device response under non-equilibrium conditions, e.g., with applied voltage or under illumination. The results of this work will have immediate impact on semiconductor science and technology, light-emitting structures and the future generation of ultra-fast devices for signal transmission and processing. 2. Plasmonic effects. Our goal is to achieve controllable plasmonic responses for metal nanoparticles (Al, Au) and non-metal group IV plasmonic systems. By using MBE and IBM, we will design and fabricate plasmonic structures that will be optimized to operate in the UV/visible and short wavelength IR range. We will focus on the following key questions. Can plasma frequency be controlled through MBE growth combined with nanofabrication and IBM? What are the effects of geometry on plasmonic structures? How to better control the confined modes? The outcome of these studies will be applicable in quantum and chemical sensing. 3. Ultra-high resolution ion depth profiling and in-situ capabilities. We will focus on in-situ application of high-resolution ion beam analysis to electrochemical processes. New in-situ devices will be designed and employed to study the mechanisms of passive film growth on metals, corrosion in multilayer metal structures and interface effects in Li- and Na-ion batteries. New designs of in-situ cells give us opportunities to perform high-resolution depth analysis while cycling the electrochemical cells. An improved understanding of reaction mechanisms will lead to higher performance of electrodes, better passive films, more advanced corrosion protection.
我拟议的研究的中心主题是在电子水平上阐明材料的奥秘,重点是量子结构和其他纳米级材料,其电子特性从其块状类似物中进行了修改。我的小组研究了半导体量子点(QD)的原子尺度行为,重点是它们的界面。使用了先进的制造方法,例如离子束修饰(IBM)和分子束外延(MBE)与纳米化的结合。采用了具有子纳米深度分辨率的表面和界面表征工具,以及原子侧分辨率以及时间域光谱。未来五年将遵循三个主要主题:1。半导体量子结构:量子限制,界面和缺陷状态的相互作用。我们已经使用离子束在制造硅QD方面建立了专业知识,并将在掺杂时进一步探讨这些系统的光学和电子性能的差异。我们对使用光致发光(PL),时间分辨PL和X射线激发光发光(XEOL)研究的光子(可见或X射线)的相互作用感兴趣。使用各种传输模型对QD/矩阵接口的表征以及传输属性的描述将特别努力。这些研究将扩展到在非平衡条件下,例如使用电压或照明下的设备响应。这项工作的结果将立即对半导体科学和技术,发光结构以及未来的超快速设备进行信号传输和处理。 2。等离子效应。我们的目标是实现金属纳米颗粒(AL,AU)和非金属IV等离子系统的可控等离子体响应。通过使用MBE和IBM,我们将设计和制造等离激元结构,这些等离子结构将被优化以在UV/可见和短波长IR范围内运行。我们将专注于以下关键问题。可以通过MBE生长与纳米制作和IBM结合来控制血浆频率吗?几何对等离子结构的影响是什么?如何更好地控制受限模式?这些研究的结果将适用于量子和化学传感。 3。超高分辨率离子深度分析和原位功能。我们将重点介绍高分辨率离子光束分析在电化学过程中的原位应用。将设计和使用新的原位设备来研究金属上的被动膜生长的机制,多层金属结构中的腐蚀以及Li-和Na-ion电池中的界面效应。原位细胞的新设计为我们提供了进行高分辨率深度分析的机会,同时循环电化学细胞。对反应机制的改进理解将导致电极的性能更高,更好的被动膜,更先进的腐蚀保护。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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    $ 2.04万
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