Laser-Schmelzzonen-Ofen für das Wachstum von großen Einkristallen
Quantum Design Japan hat in enger Zusammenarbeit mit dem RIKEN Center for Emergent Matter Science und Yoshio Kaneko zwei Laseröfen mit Leitungen von 1 kW bzw. 2 kW für die Einkristall-Herstellung entwickelt. Beide Versionen besitzen jeweils fünf Laser, die eine gleichmäßig hohe Leistungsdichte im Schmelzzonen-Bereich garantieren. Das Laserprofil wurde optimiert, um thermische Spannungen während des Kristallwachstumsprozesses zu reduzieren. Zusätzlich beinhaltet das System einen integrierten Temperatursensor zur Echtzeit-Temperaturüberwachung. Es können Temperaturen bis 3000 °C erreicht werden und somit auch Materialien mit einem sehr hohen Dampfdruck geschmolzen werden. Somit können Einkristalle aus Materialen hergestellt werden, die:
- in einem engen Temperaturbereich schmelzen
- einen hohen Dampfdruck nahe der Schmelztemperatur haben
- einen großen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben wie metallische Verbindungen
- hochschmelzend sind
- inkongruente Schmelzen haben (ideale Lösung für das „traveling solvent Schmelzzonen-Verfahren")
Da Bilder oft mehr als tausend Worte sagen, hier ein paar der zahlreichen Beispiele von Dr. Y. Kaneko von RIKEN CEMS.
Rubin Einkristall, Tm ~ 2072 °C, hochschmelzendes Material
SmB6 Einkristall, Tm ~ 2345 °C,
ein hochschmelzender topologischer Isolator mit hoher Leitfähigkeit
Y-typ Ferrit, Ba2Co2Fe12O22, Tm=1440 °C,
inkongruentes Material mit schmalem Tm-Bereich
von ±5 °C
Traveling solvent Schmelzzonen-Material, SrCu2(BO3)2, Wachstumszeit 320 Stunden (14 Tage), Wachstumsgeschwindigkeit 0,25 mm/Stunde
