Paul Simmonds tittar på sitt molecular beam epitaxi (MBE) system som andra killar gör en godisäppleröd Porsche. Den sci-fi-liknande maskinen som används för att designa och skapa nya material på atomnivå lyser upp hans ögon med ren glädje.
MBE är en banbrytande teknik som gör det möjligt att designa och skapa helt nya material som inte finns i naturen. Genom att skapa extrema vakuum- och temperaturförhållanden, instrumentet tvingar atomer att kombineras till unika kristallskikt i nanoskala. Genom att lägga till ytterligare lager av designerkristaller, nya material kan skapas med specifika eller ovanliga egenskaper.
Simmonds, en Cambridge-examen, kom till Boise State i oktober från University of California, Los Angeles, där han ledde Integrated NanoMaterials Lab. Före det, han tillbringade tid som post doc på Yale. Han är nu biträdande professor vid både institutionen för fysik och institutionen för materialvetenskap och teknik.
En viktig förhandling under intervjuprocessen var hans förmåga att köpa ett MBE-system till sitt labb i Boise State. Även om han inte fick en helt ny modell, som kostar mer än en miljon dollar, han hittade en som hade använts av flygvapnet och medlemsförbund och han har renoverat och anpassat den i sitt labb i Multipurpose Classroom Building.
Även om det fortfarande återstår mycket arbete för att få det igång fullt ut, det kommer att vara en värdefull ny resurs tillgänglig för Boise State fakultet och studenter och för industrimedlemmar som vill samarbeta med Simmonds i sin forskning.
Fysik biträdande professor Paul Simmonds, höger, arbetar med grundutbildningen Kenton Burns för att justera det molekylära strålepitaxisystemet.
"MBE gör det möjligt för oss att kontrollera egenskaperna hos nya kristaller med utsökt precision, ända ner till atomnivå, ", sa Simmonds. "Vi kan odla nanomaterial med egenskaper som bara är några miljarddels meter i diameter, och till och med kontrollera hur många elektroner de har inuti sig."
I ett nötskal, Så här fungerar det.
Maskinen är lite som en atomär spraymålare. Olika "armar" är laddade med element som germanium eller aluminium, som sedan strålas som atomer på en substratyta i en vakuumkammare. Atomerna på ytan sorterar så småningom sig själva i ett mönster, och fortsätt att göra så tills en fast yta bildas. Ett nytt lager startas sedan och processen upprepas tills ibland många timmar senare, slutprodukten uppnås.
"Styrkan med detta är att det är så mångsidigt, " sa Simmonds. "Du kan göra alla typer av material - metaller, oxidmaterial, halvledare..."
Processen kontrollerar också materialets renhet. Det finns snabbare metoder, men de kan inte konkurrera med materialet, kvalitet, upplösning och kontroll som erbjuds av MBE.
Simmonds planerar att bygga vidare på tidigare forskning han gjort på en familj av halvledarnanostrukturer som kallas III-V kvantprickar. Kvantprickar är användbara för att förvandla ljus till elektricitet, eller elektricitet till ljus. Hans första projekt kommer att använda denna teknik för att skapa en ny typ av anordning för att skörda spillvärme och förvandla den till användbar el. Ett exempel på spillvärme skulle vara ett kraftverk som förlorar en procentandel av sin värmeenergi som genereras av gas, kol eller kärnkraft.
"Om vi kan fånga upp denna värme som annars går förlorad och förvandla den till elektricitet med hjälp av våra enheter, då ökar kraftverkets totala effektivitet avsevärt, " sa han. Han söker för närvarande anslag för att finansiera denna forskningslinje.
Simmonds sa att MBE-system används i labb över hela världen för att tänja på fysikens gränser, materialvetenskap, ellära, kemi med mera.
"Antalet saker de kan göra är enormt, " han sa, "och de är mycket tvärvetenskapliga."
