Akadēmiskais centrs
Projekta nosaukums: Strukturētas hibrīdās daudzslāņu kārtiņas optiskajiem sensoriem
Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/615
Projekta vadītājs (pēcdoktorants): pētniece Dr. Aušrinė Jurkevičiūtė
Projekta īstenošanas termiņš: 01.01.2021.–30.06.2023.
Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 111 504,90 eiro, no kura 5% jeb 5575,25 eiro ir Latvijas Universitātes finansējums.
Projekta mērķis: Izmantojot jaunākās zināšanas un iestrādes, izveidot tehnoloģijas un aprīkojumu, kas ļautu izgatavot refraktometriskus sensorus, balstoties uz gaismas izkliedi strukturētās hibrīdās daudzslāņu sistēmās.
Projekta rezultāti: Dažādi strukturēti metāla-dielektriķa-metāla daudzslāņu substrāti ar parametriem un izmēriem, kas, izmantojot modelēšanu un eksperimentāli iegūtas sakarības, optimizēti optiskajiem sensoriem, kā arī to izgatavošanas tehnoloģija; 2 zinātniskās publikācijas, 3 konferenču tēzes vai abstrakti.
I ceturksnis (01.01.2021.–31.03.2021.)
Pirmajā kvartālā sākts apgūt LU Ķīmiskās fizikas institūtā pieejamās tehnoloģijas ultraplānu anodēta alumīnija oksīda pārklājumu sintēzei. Izmēģināti alternatīvi paņēmieni oksīda slāņa biezuma noteikšanai, kā arī vairākslāņu sistēmu modelēšana. Izvērtētas vairākas programmatūras paketes modelēšanai ar FDTD (Finite-difference time-domain) metodi. Apgūts apmācību kurss un iegūts sertifikāts par Ansys Lumerical FDTD programmatūras lietošanu.
Aktivitātes ietvaros sniegti divi referāti konferencēs (Optical Properties of Hybrid Films: Towards Optical Sensors, LU 79. Starptautiskā Zinātniskā Konference, Piektdiena, 2021. gada 5. februārī plkst. 10.30, tiešsaistē, un Spectroscopic Ellipsometry Investigation of Uniformity of Diamond-Like Carbon and Silver Nanocomposite Thin Film, Open Readings, 2021. g 16.-19. martā.). Konferencēs iegūtas jaunas zināšanas projekta izpildei. Par projektu informēti kolēģi no Kauņas Tehniskās universitātes attālinātā seminārā 2021. g. 9.martā.
II ceturksnis (01.04.2021.–30.06.2021.)
Projekta otrajā ceturksnī pēcdoktorante turpināja izstrādāt tehnoloģiju precīza biezuma porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) pārklājumu veidošanai. Matemātiskais modelis oksīda pārklājumu biezuma noteikšanai anodēšanas laikā, kas balstās uz atstarošanās spektru mērījumiem, tika izveidots GNU Octave atvērtā koda programmatūrā. Mobilitātes ietvaros, komandējuma laikā Kauņas Tehniskajā Universitātē (Lietuva, 1. maijs - 30. jūnijs) viņa sagatavoja nanokompozītu slāņu paraugus, kas sastāv no dimantam līdzīgā oglekļa (DLC, diamond-like carbon) un sudraba nanodaļiņām. Minēto PAAO un DLC paraugu izgatavošana atbilst plānotajam aktivitātē WP1 (Plānu neorganisko kompozītu kārtiņu izveide, strukturēšana un optiski aktīvu nanostrukturētu slāņu sintēze).
Viens konferences ziņojums “Investigation of Thickness Distribution of Magnetron Sputtered Diamond-like Carbon and Silver Nanocomposite by Spectroscopic Ellipsometry” ar mutisku uzstāšanos tika prezentēts 17. jauno zinātnieku konferencē “Developments in Optics and Communications” 2021 (2021. gada 15.-16. aprīlī, Rīgā, attālināti). Pēcdoktorante ir piedalījuies arī tiešsaistes apmācības seminārā (“Online Training on Proposal Writing for Marie Skłodowska-Curie Actions Postdoctoral Fellowships (MSCA - PF)”, 2021. gada 7. – 8. Jūnijs) un tiešsaistes vasaras skolā (“Micro- and nanofabrication of electronic and photonic devices”, 2021. gada 17. – 18. jūnijs).
III ceturksnis (01.07.2021.–30.09.2021.)
Trešajā ceturksnī pēcdoktorantūras pētniece piedalījās trīs konferencēs ar ziņojumiem par pirmās aktivitātes (WP1 Plānu neorganisko kompozītu kārtiņu izveide, strukturēšana un optiski aktīvu nanostrukturētu slāņu sintēze) rezultātiem:
1) Nanotehnoloģijas un inovācijas Baltijas jūras reģionā 2021 (4th conference “Nanotechnology and Innovation in the Baltic Sea Region 2021”, 4.-6. augusts), tiešsaistes prezentācija “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Determination during Anodization Process”;
2) Viedie materiāli un tehnoloģijas (23rd international conference-school "Advanced Materials and Technologies 2021", 23.-27. augusts. Palanga, Lietuva), “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Dependence on Anodization Time”;
3) Eiropas Materiālu pētniecības biedrības rudens konference “E-MRS 2021 Fall Meeting” 20.-23. septembris, “Thickness Monitoring of Porous Anodized Aluminium Oxide During Anodization”.
Komandējuma laikā Kauņas Tehnoloģiju universitātē (Lietuva) tika turpināta spektroskopiskās elipsometrijas rezultātu, kas iegūti vizītes laikā pagājušajā ceturksnī, apstrāde.
IV ceturksnis (01.10.2021.–31.12.2021.)
Dimantam līdzīgā oglekļa kompozītu ar sudraba nanodaļiņām (DLC:Ag) un porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) plāno kārtiņu paraugi tika analizēti ar spektroskopisko elipsometriju un eksperimentālo datu aproksimāciju ar optisko modeli. Eksperimentālo datu analīzē tika iegūti sekojoši rezultāti: DLC:Ag un PAAO laušanas un ekstinkcijas koeficienti, slāņu biezumi, tilpuma koncentrācijas sudraba nanodaļiņām DLC un porām PAAO. Viendabīguma novērtēšanai tika izveidotas PAAO paraugu biezuma kartes, katra no 400 (20 × 20) mērījumiem, pārklājot gandrīz visu parauga virsmu, aptuveni 4,8 mm × 4,8 mm lielu laukumu.
Atstarošanās datu analīzes skripti oksīda biezuma noteikšanai (izstrādāti GNU Octave bezmaksas programmatūrā otrajā ceturksnī), tika ievērojami atjaunināti, lai iekļautu barjeras slāni, labāk pielāgotus algoritmus un precīzākas optiskās konstantes, kas iegūtas no spektroskopiskās elipsometrijas analīzes.
Tika pabeigta alumīnija monokristālu anodēšanas tehnoloģijas izstrāde un sagatavots tehnoloģijas apraksts. To pārskatīja zinātniskais konsultants Dr. phys. Juris Prikulis kā arī LU Ķīmiskās fizikas institūta (ĶFI) vadošais pētnieks Dr. chem. Raimonds Popļausks. Tehnoloģiju ir apstiprinājusi LU ĶFI vadība. Esošajā versijā tehnoloģija ir pietiekama, lai nodrošinātu tālāko projekta izpildi ar vajadzīgās kvalitātes anodētā alumīnija oksīda substrātiem, bet nākotnē to ir paredzēts attīstīt un uzlabot.
V ceturksnis (01.01.2022.–31.03.2022.)
Poraina anodētā alumīnija oksīda (PAAO) paraugi tika pārklāti ar zelta nanodaļiņām.
Vairāki PAAO paraugi tika sagatavoti izmantošanai mobilitātes laikā - komandējumā Kauņas Tehnoloģiju universitātē (Lietuva).
Tika veiktas FDTD (finite-difference time-domain, ierobežotu atšķirību laika domēna) simulācijas, lai iegūtu teorētiskās gaismas izkliedes vērtības pie dažādām parametru kombinācijām (dažāda izmēra nanodaļiņas, attālumus starp daļiņām, slāņu biezumi, u.c.).
Paraugu biezuma kartēšanas rezultāti tika prezentēti Latvijas Universitātes 80.starptautiskās zinātniskās konferences sesijā “Nanotehnoloģijas un radiācijas procesi”, kas tika rīkota tiešsaistē 3.un 4. februārī; mutiskās prezentācijas nosaukums “Porous Anodized Aluminium Oxide Thickness Determination Employing Spectroscopic Ellipsometry” (“Poraina anodētā alumīnija oksīda biezuma noteikšana, izmantojot spektroskopisko elipsometriju”).
Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās vairākos tiešsaistes semināros, lai iegūtu jaunas zināšanas un prasmes:
1) “Springer Nature Summit” (8. februāris), organizētājs Springer Nature;
2) “Publicēšanas ētika” (“Publishing Ethics”, 23. februāris), organizētājs Taylor & Francis Group;
3) “Publicēšana fizikas un inženierzinātņu žurnālos un grāmatās” (“Publishing in Physical Science and Engineering Journals and Books”, 9. marts), organizētājs Taylor & Francis Group;
4) “Kiberdrošības apmācība” (“Kibernetinio saugumo mokymai”, 31. marts), organizētājs NOD Baltic.
VI ceturksnis (01.04.2022.–30.06.2022.)
Izmantojot lāzera ablāciju, DLC un DLC:Ag paraugu virsma tika strukturēta ar periodisku rakstu (līnijām un iespiedumiem). DLC:Ag kārtiņas tika uzklātas uz PAAO, izmantojot magnetrona izsmidzināšanas metodi. Porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO), dimantam līdzīgā oglekļa (DLC), DLC ar sudraba nanodaļiņām (DLC:Ag), PAAO ar Au nanodaļiņām (PAAO:Au) un PAAO pārklāta ar DLC:Ag (PAAO:DLC:Ag) paraugu īpašības tika pētītas ar spektroskopiskās elipsometrijas mērījumiem. Paraugi tika analizēti ar spektroskopisko elipsometriju un eksperimentālo datu aproksimāciju ar optisko modeli. Tika iegūti paraugu biezumi un optiskās īpašības.
Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās divās konferencēs ar ziņojumiem par rezultātiem:
1) 18th International Young Scientist conference “Developments in Optics and Communications” 2022 (DOC, 21.-22. aprīlis, attālināti); plakāta prezentācija ar nosaukumu "Predicting Optical Properties of Porous Anodized Aluminum Oxide Covered with Gold Nanoparticles by Finite-Difference Time-Domain Modelling".
2) The 9th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry (ICSE, 22.-28. maijs, attālināti); plakāta prezentācija ar nosaukumu "Thickness Uniformity of Porous Anodised Aluminium Oxide Investigated by Spectroscopic Ellipsometry Mapping".
Pētniece arī piedalījās tiešsaistes seminārā "Understanding Open Research" (20. aprīlis), organizētājs Taylor & Francis Group.
VII ceturksnis (01.07.2022.–30.09.2022.)
Tika veikti FDTD (finite-difference time-domain, galīgo diferenču laika domēna) aprēķini, lai iegūtu teorētiskās gaismas izkliedes vērtības porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) kompozītos ar 1) sudraba nanodaļiņu un 2) dimantam līdzīgā oglekļa ar sudraba ieslēgumiem (DLC:Ag) pārklājumiem.
Tika pārbaudītas PAAO paraugu, kas pārklāti ar DLC: Ag, sensora iespējām: izkliedes spektri tika mērīti testa vidēs ar dažādiem laušanas koeficientiem.
Pēcdoktorantūras pētniece ar ziņojumiem par rezultātiem piedalījās šādās konferencēs:
1) “Functional Materials and Nanotechnologies and Nanotechnology and Innovation in the Baltic Sea Region” (3. – 6. jūlijs, Rīgā, Latvijā), ziņojums ar nosaukumu “Metāla nanodaļiņu izkliedes spektra modelēšana uz dažāda biezuma poraina anodēta alumīnija oksīda” (“Modelling of the Scattering Spectrum of Metal Nanoparticles on Porous Anodized Aluminium Oxide of Various Thickness”);
2) “Advanced Materials and Technologies 2022” (22. – 26. augusts, Palangā, Lietuvā), ziņojums ar nosaukumu “Poraina anodēta alumīnija oksīda optisko īpašību salīdzinājums ar un bez zelta nanodaļiņām” (“Comparison of Optical Properties of Porous Anodized Aluminium Oxide with and without Gold Nanoparticles”);
3) Eiropas Materiālu pētniecības biedrības rudens konference (19. – 22. septembris, Varšavā, Polijā), ziņojums ar nosaukumu “Refraktometriskā sensora ar porainu anodēto alumīnija oksīdu un zelta nanodaļiņām teorētiskā modelēšana” (“Theoretical Modelling of Refractive Index Sensor Based on Porous Anodized Aluminium Oxide and Gold Nanoparticles”).
Projekts bija reprezentēts “Zinātnieku naktī” (30. septembris, Rīgā, Latvijā), ziņojums ar nosaukumu “Uz PAAO:Au veidots refraktometriskais sensors. Kas tas ir?”.
VIII ceturksnis (01.10.2022.–31.12.2022.)
Tika veikti FDTD (finite-difference time-domain, galīgo diferenču laika domēna) aprēķini, lai iegūtu teorētiskās gaismas izkliedes vērtības porainā anodētā alumīnija oksīda (PAAO) slāņos, kas pārklāti ar plānu porainu zelta plēvi.
Tika izstrādāta programmatūra automātiskai vizualizācijai elektriskā lauka sadalījumam, kas iegūts no FDTD simulācijām PAAO hibrīdos ar sudraba vai zelta nanodaļiņām.
Izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju, tika pētītas periodiskas struktūras dimantiem līdzīgā ogleklī (DLC) un tā kompozītmateriālos ar sudraba nanodaļiņām (DLC: Ag).
Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās tiešsaistes semināros:
1) “Sadarbības un līdzdalības perspektīvas atvērtiem pētījumiem Baltijā: pētnieki, iedzīvotāji, bibliotekāri kā partneri” (2022. gada 25. oktobris), organizētājs Latvijas Universitāte;
2) “Kā uzrakstīt un publicēt rakstu” (2022. gada 22. novembris), organizētājs “Elsevier”;
3) “Kā gudri izvēlēties žurnālu” (2022. gada 23. novembris), organizētājs “Elsevier”;
4) “Atvērtā zinātne / Atvērtā izpēte / Atvērtie dati” (2022. gada 1. decembris), organizētājs “MDPI” un VilniusTech;
5) “Pēc publicēšanas — pētījumu redzamība un ietekme” (2022. gada 8. decembris), organizētājs “MDPI” un VilniusTech;
6) “ScienceDirect pētniekiem: zināšanas rokas stiepiena attālumā” (2022. gada 15. decembris), organizētājs “Elsevier”.
Tika sastādīts, rediģēts un publicēts raksts ar nosaukumu “Koloidālo zelta nanodaļiņu optimizēšana uz porainā anodētā alumīnija oksīda substrāta refraktometriskiem sensoriem” (“Optimization of Colloidal Gold Nanoparticles on Porous Anodic Aluminum Oxide Substrates for Refractometric Sensing”) žurnālā “ACS Omega” (vol. 7, p. 40324-40332, 2022, doi: 10.1021/acsomega.2c05305; indeksēts “Web of Science” datubāzē, IF 4.132). Pēcdoktorantūras pētniece veica simulācijas, kuru rezultāti tika atspoguļoti šajā publikācijā.
IX ceturksnis (01.01.2023.–31.03.2023.)
Šajā ceturksnī darbs projektā tika īstenots Kauņas Tehnoloģiju Universitātes Materiālzinātņu institūtā. Dažādas hibrīdās struktūras, kas sastāv no poraina anodēta alumīnija oksīda (PAAO) ar zelta nanodaļiņām un PAAO ar dimantiem līdzīgām oglekļa un sudraba nanodaļiņām (DLC:Ag), tika pārbaudītas speciāli konstruētā optiskā iekārtā, kas, atšķirībā no Latvijas Universitātes Ķīmiskās fizikas institūtā veiktajiem eksperimentiem, ļauj pārbaudīt sensoru substrātu īpašības dažādos ierosinošā starojuma krišanas leņķos. Tika veikti sistemātiski mērījumi PAAO-Au un PAAO-DLC:Ag paraugiem dažādos ierosmes, izkliedes un polarizācijas leņķos.
Salīdzinošie eksperimenti tika veikti tiem pašiem paraugiem, izmantojot spektroskopisko elipsometriju. Būtiskākā atšķirība - iespēja mainīt detektora polarizācijas konfigurāciju. Paraugi tika testēti vidēs ar atšķirīgiem laušanas koeficientiem, lai noteiktu refraktometrisko jutību.
Ar spektroskopisko elipsometriju tika pētīti silīcija pārklājumi ar DLC:Ag slāņiem. Šiem paraugiem tika izveidots jauns elipsometriskais modelis un pielāgots mērījumu datiem.
X ceturksnis (01.04.2023.–30.06.2023.)
Pēcdoktorantūras pētniece piedalījās divās konferencēs ar ziņojumiem par rezultātiem:
1) stenda referātā ar nosaukumu “Various PAAO-based hybrid multilayered structures for refractive index sensing: FDTD simulation study” konferencē Deep Tech Atelier Nordic Optics & Photonics Days” (19-21 aprīlī, Rīgā, Latvijā);
2) mutiskā prezentācijā ar nosaukumu “Feasibility of Optical Refractive Index Sensor based on Porous Anodized Aluminum Oxide and Nanocomposite of Diamond-like Carbon with Silver Nanoparticles: Simulations and Experiments” konferencē Conference on Surface Plasmon Photonics (21-26 maijā, Hjūstonā, ASV).
Tika sagatavots un iesniegts žurnālā “Materials Chemistry and Physics” (WoS IF 4.778) raksts ar nosaukumu “Magnetron Sputtering Process for Deposition of Multilayered Thin Diamond-Like Carbon Films with Silver Nanoparticles for Anti-Reflective Coatings and Refractometric Sensing” (“Magnetronu izsmidzināšanas process daudzslāņu dimantam līdzīgas oglekļa pārklājuma ar sudraba nanodaļiņām uzklāšanai pretatstarojošiem pārklājumiem un refraktometriskajiem sensoriem”). Pēcdoktorantūras pētniece veica visus spektroskopiskās elipsometrijas mērījumus un analīzi, izkliedes spektru mērījumus un analīzi, FDTD simulācijas. Viņa uzrakstīja darba pirmo melnrakstu, rediģēja to atbilstoši līdzautoru komentāriem un sagatavoja attēlus. Viņa ir raksta korespondējošā autore.