Cet effort a été entièrement pris en charge par le DOE américain, Bureau des sciences fondamentales de l&#39;énergie, des sciences des matériaux et de la Division Ingénierie.

1. Fabrication de croissance de l&#39;échantillon <ol><li> Nettoyer à 5 mm x 5 mm x mm substrat monocristallin de 0,5 avec un angle de désorientation &lt;0,1 degré tel que SrTiO 3, LaAlO 3 ou avec de l&#39;acétone puis de l&#39;eau dans une cuve à ultrasons pendant 10 min chacun. Pour obtenir un pigment de TiO 2, la terminaison de SrTiO 3, de gravure du substrat à 10% de fluorure d&#39;hydrogène pendant 30 secondes et rincer à l&#39;eau pendant 1 min, suivie d&#39;un recuit à 1100 ° C pendant 10 h. Après le nettoyage, monter le substrat sur un appareil de chauffage adapté aux conditions ultra-vide. </li><li> Monter le dispositif de chauffage dans la chambre à vide de PLD et ouvrir la source d&#39;oxygène de la chambre pour remplir la chambre avec 2 x 10E-5 Torr oxygène. Augmenter la température de chauffage à 800 ° C et laissez-le recuit pendant 20 min. La température peut être contrôlée à l&#39;aide d&#39;un pyromètre commandé par ordinateur ou d&#39;un thermocouple. </li><li> Pour commencer le dépôt de film, démarrer le excimère pulsé au laser à l&#39;aide d&#39;une fluence du laser de 1 à 2 J / cm 2 et la fréquence du laser d&#39;uneou 2 Hz. Les impulsions laser va frapper le matériau cible et générer un flux de panache. Le flux va pénétrer dans l&#39;environnement de l&#39;oxygène et le dépôt sur le substrat. </li><li> Réflexion diffraction électronique à haute énergie (RHEED) peut être utilisé pour surveiller la croissance des cellules de l&#39;unité et de confirmer la qualité de surface 7. Cette technique permet la surveillance d&#39;épaisseur très clair. </li><li> Lorsque le film est de l&#39;épaisseur souhaitée, arrêter le laser et diminuer la température de chauffage à 5 ° C / min. Lorsque l&#39;appareil est refroidi à température ambiante, éteindre la source d&#39;oxygène et retirer l&#39;échantillon. </li><li> Ex situ recuit peut être utilisé sur des matériaux d&#39;oxyde de supprimer manque d&#39;oxygène qui peuvent être présents après la croissance ou après de longues périodes dans le vide. Placer l&#39;échantillon dans un four tubulaire sous 1 atm de courant d&#39;oxygène. Élever la température de 20 ° C à 700 ° C à 5 ° C / min, recuit pendant 2 heures, puis diminuer la température de 700 ° C à 20 ° C à 2 ° C / min. Un pas important dete est de ne jamais post-recuit à des températures plus élevées que celles utilisées lors de la croissance du film lors du remplissage des lacunes d&#39;oxygène, car cela peut nuire à la qualité de surface et peut influencer négativement la qualité cristalline. </li></ol> 2. Fabrication de photolithographie <ol><li> Nettoyer par ultrasons de l&#39;échantillon dans de l&#39;acétone puis à l&#39;eau pendant 10 minutes chacun. Un microscope optique peut être utilisée pour vérifier que la surface de l&#39;échantillon est exempt de grosses particules. (Figure 2a) </li><li> Spin manteau d&#39;une couche de résine photosensible 1 micron d&#39;épaisseur. Vitesse de rotation typique et la durée sont autour de 6000 tours par minute et 80 secondes si ces chiffres dépendent de résine photosensible spécifique utilisé. Placer l&#39;échantillon sur une plaque chauffante à 115 ° C pendant 2 minutes pour durcir la résine photosensible. Vérifiez la qualité de résine photosensible sous un microscope optique. Le revêtement devrait apparaître uniforme sans bulles. </li><li> Utilisation d&#39;un dispositif d&#39;alignement de masque pour exposer l&#39;échantillon sous un masque de lithographie prédéfinie avec une lumière UV pendant 9 s avec une dose d&#39;expositionenviron 90 mJ / cm 2. Là encore, ces chiffres seront spécifiques à la résine photosensible utilisé. Lorsque résine photosensible positive est utilisé, la partie de la résine photosensible qui est recouverte par le masque ne modifiera pas sa propriété chimique alors que la partie de la PR qui est couvert par le masque changera sa propriété et peut être dissous dans le révélateur chimique. Chauffer la résine photosensible et de l&#39;échantillon à 110 ° C pendant 80 sec pour durcir davantage la résine photosensible exposée. </li><li> Rincer l&#39;échantillon dans une solution de révélateur pour les 25-35 sec. Sortez immédiatement l&#39;échantillon et rincer à l&#39;eau pendant 30 secondes. Si résine photosensible positive est utilisé, la partie de résine photosensible qui est couvert par le masque sera emporté tandis que la partie qui est recouverte restera. Notez que la durée de l&#39;étape de développement est crucial de contrôler avec précision les dimensions et la qualité de résine photosensible (Figure 2b). </li><li> Préparer une solution d&#39;iodure de potassium, de l&#39;acide chlorhydrique et de l&#39;eau de 1:1:1. Utilisez des pinces en plastique pour rincer til échantillon dans l&#39;acide pendant environ 10 s. La partie non protégée de la couche mince sera éliminé par gravure. Rincer immédiatement l&#39;échantillon dans de l&#39;eau pure pendant 60 sec. Vérifiez avec un microscope optique pour voir si le film mince a été entièrement gravé. Sinon, ajoutez 2 à 3 secondes de l&#39;attaque acide et rincer immédiatement à l&#39;eau pure, puis vérifier à nouveau avec un microscope optique. Répétez cette opération jusqu&#39;à ce que tous les films non protégés est décapée. Ce processus est régi par la force de gravure et de l&#39;épaisseur du film. Les vitesses de gravure typique pour beaucoup de manganites sont environ 1-4 nm / seconde pour le ratio de solution 01:01:01 décrit ci-dessus. </li><li> Rincer l&#39;échantillon dans de l&#39;acétone pendant 20 secondes pour enlever la résine photosensible restante. Vérifiez la qualité de l&#39;échantillon au microscope (figure 2c et 2d). </li></ol> 3. Connexion wire-bonding <ol><li> L&#39;utilisation d&#39;un photo-masque, répétez les étapes 2.1-2.3 ci-dessus en utilisant un masque de lithographie qui laisseront des régions ouvertes sur les fils aptes au contactpads. S&#39;évaporer 5 nm et 100 nm Ti Au sur l&#39;échantillon et rincer à l&#39;acétone. Cela permettra d&#39;éliminer la résine photosensible et ne laisser que la géométrie de la plage de contact désiré (Figure 3a). </li><li> Utilisez GE vernis à monter l&#39;échantillon sur la rondelle de l&#39;échantillon. Laisser 15 min à guérir. </li><li> Fixer la position de l&#39;échantillon sur la scène de bonder de fil et utiliser la connexion de fils à connecter les fils d&#39;Al de la rondelle de l&#39;échantillon de Ti / Au contacts (Figure 3b). Puis effectuer des mesures électriques. </li></ol>

<ol>
	<li>Ahn, C. H., Triscone, J. -. M., Mannhart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+effect+in+correlated+oxide+systems.">Electric field effect in correlated oxide systems.</a> Nature. 424, 1015-1018 (2003).</li><li>Basov, D. N., Averitt, R. D., Van der Marel, D., Dressel, M., Haule, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodynamics+of+correlated+electron+materials.">Electrodynamics of correlated electron materials.</a> Reviews of Modern Physics. 83, 471-541 (2011).</li><li>Waser, R., Aono, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoionics-based+resistive+switching+memories.">Nanoionics-based resistive switching memories.</a> Nat. Mater. 6, 833-840 (2007).</li><li>Willmott, P. R., Huber, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+laser+vaporization+and+deposition.">Pulsed laser vaporization and deposition.</a> Rev. Mod. Phys. 72, 315-328 (2000).</li><li>Eres, H. M. C., G, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+pulsed-laser+deposition+of+complex+oxides.">Recent advances in pulsed-laser deposition of complex oxides.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 20, 264005 (2008).</li><li>Ding, J. F., Jin, K. X., Zhang, Z., Wu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dependence+of+negative+differential+resistance+on+electronic+phase+separation+in+unpatterned+manganite+films.">Dependence of negative differential resistance on electronic phase separation in unpatterned manganite films.</a> Applied Physics Letters. 100, 62402-62404 (2012).</li><li>Ichimiya, A., I, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Reflection High Energy Electron Diffraction. , (2004).</li><li>Guo, H., Sun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+diagram+of+La0.7Sr0.3MnO3+thin+films+using+pulsed+laser+deposition.">Growth diagram of La0.7Sr0.3MnO3 thin films using pulsed laser deposition.</a> arXiv. , 1210.5989 (2012).</li><li>Ward, T. Z., Gai, Z., Guo, H. W., Yin, L. F., Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+a+first-order+electronic+phase+transition+in+manganites.">Dynamics of a first-order electronic phase transition in manganites.</a> Physical Review B. 83, 125125 (2011).</li><li>Ward, T. Z., Liang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reemergent+Metal-Insulator+Transitions+in+Manganites+Exposed+with+Spatial+Confinement.">Reemergent Metal-Insulator Transitions in Manganites Exposed with Spatial Confinement.</a> Physical Review Letters. 100, 247204 (2008).</li><li>Ward, T. Z., Zhang, X. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-Resolved+Electronic+Phase+Transitions+in+Manganites.">Time-Resolved Electronic Phase Transitions in Manganites.</a> Physical Review Letters. 102, 87201 (2009).</li><li>Zhai, H. -. Y., Ma, J. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+Discrete+Steps+in+Metal-Insulator+Transition+in+Perovskite+Manganite+Wires.">Giant Discrete Steps in Metal-Insulator Transition in Perovskite Manganite Wires.</a> Physical Review Letters. 97, 167201 (2006).</li><li>Wu, T., Mitchell, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creation+and+annihilation+of+conducting+filaments+in+mesoscopic+manganite+structures.">Creation and annihilation of conducting filaments in mesoscopic manganite structures.</a> Physical Review B. 74, 214423 (2006).</li><li>Altissimo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=E-beam+lithography+for+micro-/nanofabrication.">E-beam lithography for micro-/nanofabrication.</a> Biomicrofluidics. 4, 26503-26506 (2010).</li><li>Watt, F., Bettiol, A. A., Van Kan, J. A., Teo, E. J., Breese, M. B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+Beam+Lithography+and+Nanofabrication:+A+Review.">Ion Beam Lithography and Nanofabrication: A Review.</a> International Journal of Nanoscience. 4, 269-286 (2005).</li><li>Urban, J. J., Yun, W. S., Gu, Q., Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+single-crystalline+perovskite+nanorods+composed+of+barium+titanate+and+strontium+titanate.">Synthesis of single-crystalline perovskite nanorods composed of barium titanate and strontium titanate.</a> J. Am. Chem. Soc. 124, 1186-1187 (2002).</li><li>Wang, Y., Fan, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+of+different+magnetic+properties+in+nanosized+Ca0.82La0.18MnO3:+Wires+versus+particles.">The origin of different magnetic properties in nanosized Ca0.82La0.18MnO3: Wires versus particles.</a> Applied Physics Letters. 98, 142502 (2011).</li></ol>

Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

Contrairement élément matériaux semi-conducteurs simples tels que Si, la fabrication de matériaux complexes peut être plus difficile en raison du fait que la structure complexe et plusieurs éléments doivent tous être pris en considération. L&#39;utilisation de photolithographie pour fabriquer des dispositifs d&#39;oxyde complexe est relativement peu coûteux et rapide pour prototyper contrairement à d&#39;autres techniques de confinement. Il ya cependant quelques limitations importantes à comprendre. Photolit...

La première et l&#39;une des étapes les plus importantes vers les appareils de haute qualité est la croissance de couches minces d&#39;oxydes épitaxiées. Un substrat monocristallin est utilisé en tant que &quot;modèle&quot; pour déposer les matériaux cibles. Parmi les différentes méthodes de dépôt, dépôt par laser pulsé (PLD) est l&#39;un des meilleurs moyens d&#39;acquérir une bonne qualité des films minces de 4,5. Les procédés de croissance impliquent le chauffage du substrat à environ 800 ° C dans un environnement d&#39;oxygène, et en utilisant des impulsions laser pour frapper le matériau cible et générer un flux à se déposer sur le substrat. Le système typique est illustré à la figure 1. Alors que les films sans motifs ont été montré pour révéler une nouvelle physique exotiques 6, ce qui réduit la dimension du film offre plus de possibilités à explorer de nouveaux phénomènes et de la fabrication de l&#39;appareil. La photolithographie permet de réduire la dimension de l&#39;échantillon dans le plan vers le bas pour l&#39;ordre de 1 pm. Le protocole détaillé du processus de photolithographie serasera discuté ci-dessous. Cette technique est compatible avec les supports les plus utilisés qui permettent des enquêtes sur les effets de confinement sur des films épitaxiés tenues à différents états de contrainte. Depuis plusieurs oxydes complexes présentent des caractéristiques intéressantes à basse température et / ou de champs magnétiques élevés, la connexion électronique entre l&#39;appareil et l&#39;équipement de mesure est très importante. Contacts de haute qualité peuvent être formés par évaporation plots de contact de l&#39;UA à une géométrie 4 sonde et avec l&#39;utilisation d&#39;une connexion de fils à faire des liens entre les plaquettes et le dispositif de mesure. Quand cela est fait correctement, ces connexions peuvent facilement résister à des environnements de mesure extrêmes dans de larges plages de température de 4 K à 400 K et les gammes de champ magnétique allant jusqu&#39;à ± 9 T.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Reagent/Material</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>SrTiO3(001) &amp; LaAlO3(100) substrates</td>
 <td>CrysTec GmbH</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Microposit S1813 Photoresist</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CD-26 Developer</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>38490</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>GE varnish</td>
 <td>Lakeshore</td>
 <td>VGE-7031</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Reflected High Energy Electron Diffraction (RHEED)</td>
 <td>Staib Instruments</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>35 kV TorrRHEED</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Mask Aligner</td>
 <td>ABM</td>
 <td>Model 85-3 (350 W) Lightsource</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Resistivity Puck</td>
 <td>Quantum Design</td>
 <td>P102</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Wire Bonder</td>
 <td>Kulicke &amp; Soffa</td>
 <td>04524-0XDA-000-00</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

fabrication of spatially confined complex oxides

Matériaux complexes tels que les supraconducteurs à haute température critique, multiferroïques, les magnétorésistances colossales ont des propriétés électroniques et magnétiques qui se posent à partir des corrélations d&#39;électrons forts inhérents qui se trouvent en leur sein. Ces matériaux peuvent également posséder une séparation de phase électronique dans lequel les régions du comportement résistif et magnétiques très différents peuvent coexister au sein d&#39;un matériau en alliage monocristallin. En réduisant l&#39;ampleur de ces matériaux à des échelles de longueur et au-dessous de la taille inhérente des domaines électroniques, de nouveaux comportements peuvent être exposés. Pour cette raison et du fait que-orbitaire spin-charge treillis paramètres d&#39;ordre impliquent chacune des longueurs de corrélation, ce qui réduit l&#39;espace de ces matériaux pour des mesures de transport est une étape cruciale dans la compréhension de la physique fondamentale qui entraîne des comportements complexes. Ces matériaux offrent aussi un grand potentiel pour devenir la prochaine génération d&#39;appareils électroniques 1-3. Ainsi, la fabrication de faible dimension nanométrique oumicro-structures est extrêmement important de parvenir à de nouvelles fonctionnalités. Cela implique plusieurs processus contrôlables de la croissance de couches minces de haute qualité à la caractérisation de la propriété électronique précis. Ici, nous présentons les protocoles de fabrication des microstructures de haute qualité pour les dispositifs de manganite d&#39;oxyde complexe. Des descriptions détaillées et les équipements nécessaires de la croissance de couches minces, photo-lithographie, et wire-bonding sont présentés.

Ce document se concentre principalement sur les aspects de photolithographie et de fil de liaison de la préparation des échantillons. Plus de détails sur les procédures de croissance de film peuvent être trouvées dans nos autres publications récentes 8. Photolithographie est une méthode importante pour contrôler la dimensionnalité des oxydes complexes dans le but d&#39;enquêter sur des longueurs de corrélation électronique et la séparation de phase électronique <sup...

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Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Nous décrivons l&#39;utilisation de dépôt laser pulsé (PLD), techniques de photolithographie et de fil-liaison pour créer une échelle micrométrique dispositifs d&#39;oxydes complexes. Le PLD est utilisée pour faire pousser des couches minces épitaxiales. techniques de photolithographie et wire-bonding sont introduits pour créer des dispositifs pratiques à des fins de mesure.

Fabrication d&#39;oxydes complexes spatialement confinés

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

fabrication-of-spatially-confined-complex-oxides

Research

JoVE Journal

Engineering

9.4K vues.  Oak Ridge National Laboratory. Nous décrivons l'utilisation de dépôt laser pulsé (PLD), techniques de photolithographie et de fil-liaison pour créer une échelle micrométrique dispositifs d'oxydes complexes. Le PLD est utilisée pour faire pousser des couches minces épitaxiales. techniques de photolithographie et wire-bonding sont introduits pour créer des dispositifs pratiques à des fins de mesure.

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Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Mesure spatialement et Directionnellement variant diffusion de la lumière à partir de matériel biologique

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Recherche

Ingénierie

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Fabrication de nano-oxydes conducteurs transparents conçus par ablation laser

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Mesure expérimentale de la vitesse de décantation des particules sphériques dans des fluides viscoélastiques d’amincissement à base de surfactants non confinés et confinés

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomiquement traçable nanostructures Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Simultaneous Multi-surface Anodizations and Stair-like Reverse Biases Detachment of Anodic Aluminum Oxides in Sulfuric and Oxalic Acid Electrolyte

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental sciences and industrial applications owing to their periodic arrangement of nanopores with relatively high aspect ratio. However, the techniques reported so far, which could be only valid for mono-surface anodization, show critical disadvantages, i.e., time-consuming as well as complicated procedures, requiring toxic chemicals, and wasting valuable natural resources. In this paper, we demonstrate a facile, efficient, and environmentally clean method to fabricate nanoporous AAOs in sulfuric and oxalic acid electrolytes, which can overcome the limitations that result from conventional AAO fabricating methods. First, plural AAOs are produced at one time through simultaneous multi-surfaces anodization (SMSA), indicating mass-producibility of the AAOs with comparable qualities. Second, those AAOs can be separated from the aluminum (Al) substrate by applying stair-like reverse biases (SRBs) in the same electrolyte used for the SMSAs, implying simplicity and green technological characteristics. Finally, a unit sequence consisting of the SMSAs sequentially combined with SRBs-based detachment can be applied repeatedly to the same Al substrate, which reinforces the advantages of this strategy and also guarantees the efficient usage of natural resources.

A protocol for fabricating nanoporous anodic aluminum oxides via simultaneous multi-surfaces anodization followed by stair-like reverse biases detachments is presented. It can be applied repeatedly to the same aluminum substrate, exhibiting a facile, high-yield, and environmentally clean strategy.

Anodizations multi-surfaces simultanées et détachement d’escalier comme biais inverse d’oxydes d’aluminium anodique en acide sulfurique et d’acide oxalique électrolyte

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Fabrication de Surfaces superhydrophobes en métal pour Applications d’antigivrage

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

En vrac et la synthèse de minces d’oxydes d’entropie stabilisé une composition Variant

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.