LITOGRAFIA CON ATOMI DI CESIO RAFFREDDATI

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Questo lavoro di tesi descrive il montaggio ex novo, da noi eseguito, di un apparatosperimentale- evoluzione di un precedente esperimento -destinato allananodeposizione ed alla litografia atomica, che utilizza un fascio di atomi diCesio freddi, nonché la caratterizzazione delle varie parti dell’ esperimento,e l’ esposizione dei primi risultati da noi ottenuti.Nonostante oggigiorno sia stata già dimostrata la possibilità di fare litografiaatomica con svariati elementi (quali Cesio, Cromo, Alluminio, ed altri) -opportunamente raffreddati sfruttando tecniche di laser cooling (che sarannoesposte nella prima parte della tesi)- con la realizzazione di nanostrutture divarie forme (linee, reticoli, reticoli esagonali), l’ esperimento da noi messo apunto ha la originalità assoluta di utilizzare atomi ”lenti”, oltreché ”freddi”:mentre in tutti gli esperimenti di litografia atomica si utilizza, infatti, unforno per generare gli atomi che andranno a formare il fascio, i.e. si scaldail metallo di interesse fino a temperature dell’ ordine di 500 K, e si manipolanogli atomi così liberati, fino ad ottenere un fascio freddo (i.e. conbasse velocità longitudinali), il fascio atomico da noi messo a punto è costituito,invece, da atomi dotati di velocità basse sia nelle direzioni trasversali aquella di propagazione del fascio (pochi cm/s), sia in quella longitudinale(10m/s); ciò permette una maggiore sensibilità sperimentale ed una migliorerisoluzione del processo litografico.L’ apparato messo a punto nel corso di questa tesi è costituito da una sorgentedi atomi di Cs freddi (MOT piramidale), dalla quale essi vengonoestratti con continuità (imbuto atomico), e collimati in un unico step (fase dicollimazione) che genera il fascio atomico; questo viene infine fatto incideresu un substrato su cui è creata una nanostruttura 1D, attraverso l’ interazionedel fascio con una maschera ottica (fase di deposizione). L’ elaboratoè articolato secondo il seguente schema:

• Viene fornita una descrizione teorica delle tecniche di rareddamentoe di manipolazione di atomi neutri che si sono utilizzate per realizzarequesto esperimento, e sono messi in evidenza i parametri fondamentaliche regolano tali processi, e che sono stati pertanto esaminati estudiati nel corso della caratterizzazione delle varie parti costituenti l’esperimento.

• Viene descritto l’ apparato sperimentale nelle sue varie parti.
• Viene analizzata la sorgente di atomi dell’ apparato, e caratterizzata alvariare dei principali parametri sperimentali.

• Viene riportata la caratterizzazione del fascio atomico in uscita dall’imbuto atomico e sono evidenziate le sue caratteristiche di divergenza,velocità, profilo, etc..Vengono descritte quindi le principali peculiaritàdel fascio dopo la fase di collimazione.
• Viene descritto come, a partire dal fascio collimato, siamo stati in gradodi produrre una nanostruttura su un substrato opportunamente trattato,attraverso l’ interazione del fascio con una maschera ottica (formatada un’ onda stazionaria), e dopo un processo chimico di sviluppodel campione impressionato (etching).