Fotonika

laborvezető: Dr. Petrik Péter (petrik @ mfa.kfki.hu, +36 1 3922502)

FOTONIKA (a Photonics Dictionary nyomán) : A foton a fény – vagy az elektromágneses sugárzó energia más formáinak elemi egysége. A fotonok előállításával és tulajdonságaik kiaknázásával foglalkozó eljárások gyűjtőneve a fotonika. Ide tartoznak a fény kibocsátását, továbbítását, átalakítását, erősítését és érzékelését szolgáló eszközök és alkotó elemeik: lézer és egyéb fényforrások, száloptika, elektro-optikai átalakítók és ezek összetett rendszerei. A fotonika alkalmazási területei az energia termelésétől az érzékelésen, telekommunikáción át az információ-feldolgozásig terjednek.

A laboratórium feladatai: felületek és vékonyrétegek kialakítása és roncsolásmentes vizsgálata nagy felületen, fotonikus és összetett szerkezetekben, folyamatkövető módon; optikai és mágneses anyagvizsgálati eljárások fejlesztése az érzékenység növelése és a vizsgálható anyag- és szerkezettípusok kiszélesítése céljából; önszerveződő felületi nanostruktúrák kialakítása és spektroszkópiai vizsgálata; valamint folyadék-szilárd határfelületek folyamatkövető optikai vizsgálata elsősorban fehérjék és összetett biomolekulák kitapadásának megértése és optimalizálása céljából szenzorikai alkalmazásokhoz.

A Fotonika Laboratórium 2019-es évben elért főbb eredményei:

• Hőkezeléssel öregített reaktor acél degradációját vizsgálták roncsolásmentes mágneses módszerrel. A saját fejlesztésű, úgynevezett „mágneses adaptív teszt” (MAT) alkalmas az anyag ridegedésének nagyérzékenységű, gyors és roncsolásmentes vizsgálatára.
• Felületmódosítási és mérési technikákat fejlesztettek nanorészecskék önszerveződésének kontrollálására és karakterizálására. Ellentétes felületi töltéssel rendelkező arany nanorészecskéket hoztak létre azért, hogy folyadék közegben, in-situ egyedi dimerek kialakulását tanulmányozhassák. Megmutatták, hogy az egyrészecske spektroszkópia alkalmas az összekapcsolódó részecskepárok térbeli konfigurációjának meghatározására.
• Kapilláris szonda módszert fejlesztettek és berendezést építettek nagypontosságú peremszög-mérésre, amellyel felületek nedvesedési tulajdonságai mellett, többek között azok tisztaságát, tűlyuk-mentességét, és számos egyéb technológiailag fontos tulajdonságát lehet indirekt, roncsolásmentes, gyors és érzékeny módon meghatározni. A módszer kiemelkedő érzékenysége mellett sikerült a peremszög mérési pontosságát 0,1°-os értékre szorítani olyan mérési tartományokban is, ahol a hagyományos eljárások nem alkalmazhatók, vagy a mérési hiba ennek többszöröse.
• A ciklikus voltammetria módszerét optimalizálták arzén és nikkel ivóvízben való detektálására. A megfelelő módon immobilizált genetikailag módosított flagelláris filamentumok nagyobb érzékenységet tesznek lehetővé arany felületen. Kimutatták a szenzor felületek stabilitását és regenerálhatóságát, amely a gyakorlati alkalmazáshoz kifejlesztendő kéziműszer praktikus használhatóságához fontos szempont. Optikai módszert dolgoztak ki a filamentumok felületi adszorpciójának valósidejű nyomon követésére és szerkezeti modellezésére.
• Makyoh („varázstükör”) topográfia eljáráshoz új geometriai modellt alkottak a globális görbültség figyelembevételére A kidolgozott módszer megmutatja, hogy a hiba analitikusan korrigálható az ekvivalens minta-ernyő távolság, és a globális görbültség paraméterek ismeretében.
• A kombinatorikus anyagtudomány módszerét továbbfejlesztették minta-preparációs és analitikai téren egyaránt. Több forrást használó nagyfelületű magnetron porlasztással hoztak létre fém-oxid szerkezeteket, amelyeket optikai és ionsugaras térképező eljárásokkal karakterizáltak a tulajdonságok laterális eloszlásának megértése, méréskiértékelési modellek kidolgozása és széles összetétel-tartományban érvényes optikai adatbázisok létrehozása céljából.
• Továbbfejlesztették az atomerőművi reaktorokban használt cirkónium rudak felületének optikai vizsgálatára kidolgozott optikai monitorozó eljárást. A módszerrel kis átmérőjű (<1 cm) csövek is vizsgálhatók szabályozható atmoszférában, 25-600 °C-ig hőmérséklettartományban. Diffúziós modellt fejlesztettek az oxidáció folyamatának megértésére, amely a mérési adatokkal összevetve lehetőséget ad a magas hőmérsékletű folyamatok jobb megértésére.
• A spektroszkópiai ellipszometria módszerét használva meghatározták az ionimplantációval amorfizált germánium komplex dielektromos függvényét. Olyan implantációs paramétereket kísérleteztek ki, amelyek lehetővé teszik tömör amorf réteg létrehozását, elkerülik a rétegben való buborékok kialakulását. Az optikai referenciák fontosak ionimplantált félvezetők, beágyazott nanodotok és komplex, effektív közeg módszerrel vizsgálható szerkezetek tanulmányozásához a szenzorikában és a mikroelektronikában.

Az elmúlt 5 év 10 legfontosabb publikációja:

• K. Stolarczyk ; A. Deák, D. F Brougham: Nanoparticle clusters: assembly and control over internal order, current capabilities and future potential, Advanced Materials 28 (2016) 5400. IF = 20,1
• Romanenko, B. Kalas, P. Hermann, O. Hakkel, L. Illés, M. Fried, P. Fürjes, G. Gyulai, P. Petrik: Membrane-Based In Situ Mid-Infrared Spectroscopic Ellipsometry: A Study on the Membrane Affinity of Polylactide-co-glycolide Nanoparticulate Systems, Analytical Chemistry 93 (2021) 981. IF = 7,1
• Pothorszky, D. Zámbó, D. Szekrényes, Z. Hajnal, A. Deák: Detecting patchy nanoparticle assembly at the single-particle level, Nanoscale 9 (2017) 10344. IF = 7,0
• Kalas, K. Ferencz, A. Saftics, Z. Czigany, M. Fried, P. Petrik: Bloch surface waves biosensing in the ultraviolet wavelength range – Bragg structure design for investigating protein adsorption by in situ Kretschmann-Raether ellipsometry, Applied Surface Science 536 (2021) 147869. IF = 6,4
• Labadi, B. Kalas, A. Saftics, L. Illes, H. Jankovics, É. Bereczk-Tompa, A. Sebestyén, É. Tóth, B. Kakasi, C. Moldovan, B. Firtat, M. Gartner, M. Gheorghe, F. Vonderviszt, M. Fried, P. Petrik: Sensing Layer for Ni Detection in Water Created by Immobilization of Bioengineered Flagellar Nanotubes on Gold Surfaces, ACS Biomaterials Science & Engineering 6 (2020) 3811. IF = 4,5
• Kalas, Z. Zolnai, G. Sáfrán, M. Serényi, E. Agocs, T. Lohner, A.Nemeth, N. Q. Khánh, M. Fried, P. Petrik: Micro-combinatorial sampling of the optical properties of hydrogenated amorphous Si_1−xGe_x for the entire range of compositions towards a database for optoelectronics, Scientific Reports 10 (2020) 19266. IF = 4,1
• Szekrényes, D. Kovács, Z. Zolnai, A. Deák: Chemical Interface Damping as an Indicator for Hexadecyltrimethylammonium Bromide Replacement by Short-Chain Thiols on Gold Nanorods, J. Phys. Chem. C 124 (2020) 19736–19742. IF = 4,2
• Nagy: Contact Angle Determination on Hydrophilic and Superhydrophilic Surfaces by Using r–θ-Type Capillary Bridges, Langmuir 35 (2019) 5202. IF = 3,9
• Vértesy, A. Gasparics, I. Uytdenhouwen, R. Chaouadi: Influence of surface roughness on non-destructive magnetic measurements, Global Journal of Advanced Engineering Technologies and Sciences 6 (2019) 25. IF = 3.8
• Vértesy, A. Gasparics, J. M. Griffin, J. Mathew, M. E. Fitzpatrick, I. Uytdenhouwen: Analysis of Surface Roughness Influence in non-Destructive Magnetic Measurements Applied to Reactor Pressure Vessel Steels, Appl. Sci. 10 (2020) 8938. IF = 2,5