Paul Simmonds osserva il suo sistema di epitassia a fascio molecolare (MBE) nello stesso modo in cui altri ragazzi fanno una Porsche rosso mela caramellata. La macchina dall'aspetto fantascientifico utilizzata per progettare e creare nuovi materiali a livello atomico illumina i suoi occhi di pura gioia.

MBE è una tecnica all'avanguardia che consente la progettazione e la creazione di materiali completamente nuovi che non esistono in natura. Creando condizioni estreme di vuoto e temperatura, lo strumento costringe gli atomi a combinarsi in strati di cristallo su nanoscala unici. Aggiungendo ulteriori strati di cristalli di design, nuovi materiali possono essere creati con proprietà specifiche o insolite.

Simmond, un laureato di Cambridge, è venuto a Boise State in ottobre dall'Università della California, Los Angeles, dove ha gestito l'Integrated NanoMaterials Lab. Prima di ciò, ha trascorso del tempo come post-doc a Yale. Attualmente è assistente universitario sia nel Dipartimento di Fisica che nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali.

Una negoziazione chiave durante il processo di intervista è stata la sua capacità di acquistare un sistema MBE per il suo laboratorio di Boise State. Anche se non ha avuto un modello nuovo di zecca, che costa più di un milione di dollari, ne ha trovato uno che era stato utilizzato dall'Air Force e dalle sue affiliate e lo ha ristrutturato e personalizzato nel suo laboratorio nell'edificio multiuso delle aule.

Anche se c'è ancora molto lavoro da fare per renderlo completamente operativo, sarà una nuova preziosa risorsa a disposizione della facoltà e degli studenti dello stato di Boise e dei membri dell'industria che desiderano collaborare con Simmonds nella loro ricerca.

"MBE ci consente di controllare le proprietà di nuovi cristalli con squisita precisione, fino al livello atomico, "Simmonds ha detto. "Possiamo coltivare nanomateriali con caratteristiche di appena pochi miliardesimi di metro di diametro, e persino controllare quanti elettroni hanno al loro interno."

In poche parole, Ecco come funziona.

La macchina è un po' come un pittore spray atomico. Vari "bracci" sono caricati con elementi come germanio o alluminio, che vengono poi irradiati come atomi su una superficie di substrato in una camera a vuoto. Gli atomi sulla superficie alla fine si ordinano secondo uno schema, e continuare a farlo fino a formare una superficie solida. Viene quindi avviato un nuovo livello e il processo si ripete fino a quando, a volte molte ore dopo, il prodotto finale è raggiunto.

"La forza di questo è che è così versatile, "Simmonds ha detto. "Puoi fare tutti i tipi di materiali:metalli, materiali di ossido, semiconduttori..."

Il processo controlla anche la purezza del materiale. Ci sono metodi più veloci, ma non possono competere con il materiale, qualità, risoluzione e controllo offerti da MBE.

Simmonds prevede di basarsi su ricerche precedenti che ha svolto su una famiglia di nanostrutture di semiconduttori chiamate punti quantici III-V. I punti quantici sono utili per trasformare la luce in elettricità, o elettricità in luce. Il suo primo progetto utilizzerà questa tecnologia per creare un nuovo tipo di dispositivo per raccogliere il calore di scarto e trasformarlo in elettricità utile. Un esempio di calore residuo sarebbe una centrale elettrica che perde una percentuale della sua energia termica generata dal gas, carbone o nucleare.

"Se possiamo catturare questo calore che altrimenti andrebbe perso e trasformarlo in elettricità usando i nostri dispositivi, quindi l'efficienza complessiva della centrale aumenta notevolmente, " ha detto. Attualmente sta cercando sovvenzioni per finanziare questa linea di ricerca.

Simmonds ha affermato che i sistemi MBE sono utilizzati nei laboratori di tutto il mondo per superare i confini della fisica, scienza dei materiali, ingegnere elettrico, chimica e altro.

"Il numero di cose che possono fare è enorme, " Egli ha detto, "e sono altamente interdisciplinari."