Disputas: Thomas Moe Børseth

Prøveforelesning

Bedømmelseskomité

Professor Chennupati Jagadish, The Australian National University, Canberra
Dr. Srinivasan Anand, Royal Institute of Technology, Stockholm
Associate Professor Anette Eleonora Gunnæs, Universitetet i Oslo

Leder av disputas:  Eivind Osnes

Veileder:  Professor Andrej Yu. Kuznetsov, prof. Bengt G. Svensson

Sammendrag

Sinkoksid har tradisjonelt blitt brukt i maling eller solkrem, men har siden slutten av 1990-tallet blitt forbundet med mer høyteknologiske anvendelser som lasere og lysdioder. Sinkoksidbaserte lysdioder og lasere avgir ideelt sett blått lys, men dessverre ser man ofte et uønsket grønnlig lys. Vi har funnet årsaken til dette grønnlige lyset, nemlig en kombinasjon av sink- og oksygenvakanser, og vist hvordan man kan fjerne disse. Vi har også påvist hvordan vakansene samler seg i små klynger når materialet varmes opp. Disse klyngene er ustabile, men har vist seg å ha god effekt på sinkoksidets evne til å lede elektrisk strøm.

Sinkoksid er fremdeles under utvikling og brukes foreløpig hverken i lysdioder eller i lasere. Men potensialet er enormt - sinkoksid er nå det foretrukne materialet i forskningskretser. Klarer man å utvikle gode lysdioder, er gevinsten enorm. Det amerikanske energidepartementet har beregnet at hvis man skifter ut tradisjonelle lyspærer med moderne høyeffektive lysdioder vil det amerikanske elektrisitetsforbruket reduseres med ca. 10%, noe som tilsvarer 900 Altakraftverk.

Sinkoksid er vanligvis i krystallinsk form, med endeløse rekker av vekselvis sink- og oksygenatomer; sink, oksygen, sink, oksygen. Rekkene er aldri perfekte, det vil alltid være defekter i dem, slik at en for eksempel får sink, oksygen, ingenting, oksygen. Denne typen defekt, hvor et sinkatom rett og slett mangler, kalles en sinkvakans, tilsvarende finnes der også oksygenvakanser. Disse vakansene er altså årsaken til det grønne lyset.

I forskningen har vi benyttet ganske uortodokse metoder. For å manipulere sinkoksidbitenes egenskaper varmet vi dem til temperaturer over 1000C svært raskt, faktisk på under 20 millisekunder. Gjør en det saktere viser det seg at vakansklyngene brytes opp. Det er typisk ikke mer enn ca. 1 vakansklynge per 1 million sink og oksygenatomer, så det nødvendigvis store krav til følsomhet når man skal studere klyngene. Vi brukte derfor positronanalyse.

Arbeidet ble primært utført ved Universitetet i Oslos nye Mikro- og Nanoteknologilaboratorium (MiNa), men er like mye resultatet av et samarbeid mellom forskere ved Universitene i Oslo, Helsingfors, Gøteborg, Uppsala, samt forskningssentret Rossendorf i Dresden, og Forsvarets Forskningsinstitutt på Kjeller.

Kontaktperson

For mer informasjon, kontakt Heidi Bruvoll.