Paul Simmonds regarde son système d'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) comme d'autres le font avec une Porsche rouge pomme. La machine à l'allure de science-fiction utilisée pour concevoir et créer de nouveaux matériaux au niveau atomique éclaire ses yeux d'une joie pure.
MBE est une technique de pointe qui permet la conception et la création de matériaux complètement nouveaux qui n'existent pas dans la nature. En créant des conditions de vide et de température extrêmes, l'instrument force les atomes à se combiner en couches cristallines uniques à l'échelle nanométrique. En ajoutant des couches supplémentaires de cristaux de créateurs, de nouveaux matériaux peuvent être créés avec des propriétés spécifiques ou inhabituelles.
Simmonds, un diplômé de Cambridge, est venu à Boise State en octobre de l'Université de Californie, Los Angeles, où il a dirigé le laboratoire intégré de nanomatériaux. Avant ça, il a passé du temps en tant que post-doc à Yale. Il est maintenant professeur adjoint au Département de physique et au Département de science et génie des matériaux.
Une négociation clé au cours du processus d'entretien a été sa capacité à acheter un système MBE pour son laboratoire de Boise State. Alors qu'il n'a pas eu un tout nouveau modèle, qui coûte plus d'un million de dollars, il en a trouvé un qui avait été utilisé par l'Air Force et ses affiliés et il l'a remis à neuf et personnalisé dans son laboratoire dans le bâtiment de la salle de classe polyvalente.
Bien qu'il reste encore beaucoup de travail à faire pour le rendre pleinement opérationnel, ce sera une nouvelle ressource précieuse à la disposition des professeurs et étudiants de Boise State et des membres de l'industrie qui souhaitent collaborer avec Simmonds dans leurs recherches.
Professeur adjoint de physique Paul Simmonds, droit, travaille avec Kenton Burns, étudiant de premier cycle, pour ajuster le système d'épitaxie par faisceau moléculaire.
"MBE nous permet de contrôler les propriétés de nouveaux cristaux avec une précision exquise, jusqu'au niveau atomique, " a déclaré Simmonds. " Nous pouvons faire croître des nanomatériaux avec des caractéristiques de quelques milliardièmes de mètre de diamètre, et même contrôler le nombre d'électrons qu'ils ont à l'intérieur."
En un mot, Voilà comment cela fonctionne.
La machine est un peu comme un peintre au pistolet atomique. Divers "bras" sont chargés d'éléments comme le germanium ou l'aluminium, qui sont ensuite projetés sous forme d'atomes sur une surface de substrat dans une chambre à vide. Les atomes à la surface finissent par se trier en un motif, et continuez ainsi jusqu'à ce qu'une surface solide se forme. Une nouvelle couche est alors lancée et le processus se répète jusqu'à ce que, parfois plusieurs heures plus tard, le produit final est atteint.
"La force de ceci est qu'il est si polyvalent, " a dit Simmonds. " Vous pouvez faire toutes sortes de matériaux - métaux, matériaux d'oxyde, semi-conducteurs…"
Le processus contrôle également la pureté du matériau. Il existe des méthodes plus rapides, mais ils ne peuvent pas rivaliser avec le matériel, qualité, résolution et contrôle offerts par MBE.
Simmonds prévoit de s'appuyer sur des recherches antérieures qu'il a menées sur une famille de nanostructures semi-conductrices appelées points quantiques III-V. Les points quantiques sont utiles pour transformer la lumière en électricité, ou de l'électricité en lumière. Son premier projet utilisera cette technologie pour créer un nouveau type d'appareil pour récupérer la chaleur résiduelle et la transformer en électricité utile. Un exemple de chaleur résiduelle serait une centrale électrique qui perd un pourcentage de son énergie thermique générée par le gaz, charbon ou nucléaire.
"Si nous pouvons capter cette chaleur qui serait autrement perdue et la transformer en électricité à l'aide de nos appareils, puis le rendement global de la centrale augmente de manière significative, ", a-t-il déclaré. Il recherche actuellement des subventions pour financer cette ligne de recherche.
Simmonds a déclaré que les systèmes MBE sont utilisés dans les laboratoires du monde entier pour repousser les limites de la physique, la science des matériaux, ingénierie électrique, chimie et plus.
"Le nombre de choses qu'ils peuvent faire est énorme, " il a dit, "et ils sont hautement interdisciplinaires."
