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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
Rubin Einkristall, Tm ~ 2072 °C, hochschmelzendes Material
SmB6 Einkristall, Tm ~ 2345 °C, ein hochschmelzender topologischer Isolator mit hoher Leitfähigkeit
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
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
Traveling solvent Schmelzzonen-Material, SrCu2(BO3)2, Wachstumszeit 320 Stunden (14 Tage), Wachstumsgeschwindigkeit 0,25 mm/Stunde

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David Appel
Product Manager - Cryogenics & Materials science
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