Nr. 1/2006


Artiklid
Unikaalne labor Tartusse

Hiljuti tähistati Tartu Ülikooli Füüsika Instituudis 30 aasta möödumist peahoone üleandmisest ehitajailt füüsikutele. Ühtlasi avati seal äsja valminud multimeedia õppeklass ning Hasselbladi fondi toetusel rajatud kõige nüüdisaegsema sisustusega pinnafüüsika laboratoorium.

Füüsika Instituudi uut hoonet hakati ehitama 1969. aastal. Valmis sai see 1975. Eestvedajaks oli akadeemik Karl Rebane. Nüüd meenutas ta sooja sõnaga ehitajaid. Rääkis, et Moskva soov oli rajada Tõraverre koguni 6000 teadlasega raadiofüüsika instituut. Õnneks jätkus siinsetel teadus- ja võimumeestel kainet mõistust. Tõraverre ehitati ikka observatoorium ja Tartu piirile juba olemasoleva kristallide labori lähedale Räni külla uus füüsikahoone. Muide, just selles samas kristallide laboris veeldati 1968. aastal esmakordselt Eestis heelium ja jõuti temperatuurini –269 kraadi C. Nüüd kolmekümneseks saanud peahoone on näinud paremaid ja halvemaid aegu. Seal jätkasid või alustasid oma teadlasteed akadeemik Karl Rebane ise, praegused akadeemikud Georg Liidja, Peeter Saari, Tsheslav Lushtshik, aga ka Henn Käämbre, Mart Elango ja paljud teised. Seal on direktoriametit pidanud Harry Õiglane, Karl Rebane, Peeter Saari, Arvi Freiberg, Kristjan Haller ja nüüd juhib füüsikute tegevust Ergo Nõmmiste.

Sünnipäevalapse – peahoone – uues vastavatud multimeedia kabinetis on praegu loodud soodsad tingimused nii õppimiseks kui noorfüüsikute-üliõpilaste õpetamiseks, samuti magistrantuuris ja doktorantuuris jätkamiseks. Mida aga kujutab tol päeval avatud pinnafüüsika labor, kus käis möödunud kevadel ka hulk Horisondi lugejaid, sellest palusin rääkida instituudi direktoril füüsikadoktor Ergo Nõmmistel.

“2001. aasta novembris andis Rootsis asuva Erna ja Viktor Hasselbladi fondi esindaja professor Bengt Norden Tartu Ülikooli Füüsika Instituudile (TÜFI) üle fondi annetuse – 3 miljonit Rootsi krooni, meie vääringus umbes viis miljonit Eesti krooni. Tegu oli esimese selle fondi annetatud grandiga väljapoole Põhjamaid. Füüsika Instituut saavutas selle suure tunnustuse tänu oma kõrgetasemelisele uurimistööle ja tihedatele sidemetele Rootsi teadlastega. Annetatud rahaline toetus võimaldas meil alustada oma teadusaparatuuri kaasajastamist, ning üheks väljundiks sai Baltikumis unikaalse pinnafüüsika uurimiskompleksi rajamine. Pinnafüüsika ja ka -keemia, mida Põhjamaades viljeldakse intensiivselt ja mille areng mujalgi maailmas on muljetavaldav, pole siiani Eestis arendamist leidnud, kuna tegu on väga ressursimahuka ja tänapäevast teadusaparatuuri nõudva uurimissuunaga. Juba nõuded uuritavate objektide mõõtetingimustele, näiteks vaakumile, mille juures saab rääkida pinnauuringutest, on üliranged – jääkrõhk uurimiskambrites peab olema vähemalt 0,0000000001 millibaari suurusjärgus. Sellise kosmilise vaakumi saamiseks tuleb kasutada nii tänapäevaseid turbomolekulaar-, krüo- kui ka ioonpumpasid. Nende pumpade tööpõhimõtete lahtiseletamine väljub käesoleva jutu raamidest, küll võib illustratsiooniks öelda, et turbopumpade tööpõhimõte sarnaneb küllaltki lennukite reaktiivmootorite omale. Kõrgvaakum tagab pinnafüüsika jaoks vajaliku puhtuse, sest iga süsteemis olev molekul võib reageerida uuritava ainega, andes tulemuseks juba uue aine. Pinnauuringutes pööratakse tähelepanu mitmesuguste ainete piirpindadele ja nende üleminekutele. Näiteks uuritakse keemiliste reaktsioonide toimumist metallide pinnal, eksponeerides uuritavat ainet lühiajaliselt mingis kindlas gaasikeskkonnas, aga ka aurustades eri paksusega kilesid. Seda tüüpi uuringuteks vajatakse kiirgusallikaid, millega uuritavat pinda ergastada, aga ka elektronspektromeetrit, et väljalennanud elektronide energiaid mõõta.

TÜFI-s väljatöötatud seadmel on kiirgusallikateks röntgenitoru ja heeliumlamp, mis kiirgab ultraviolettkiirguse kvante. Lähitulevikus on plaanis sellesse kompleksi installeerida veel mitmed eriomadustega elektronkahurid, et ka elektronidega pindu sondeerida. Uuritavad pinnad saab siis viia nii vedela heeliumi temperatuurini (mõni kraad absoluutsest nulltemperatuurist kõrgemal) kui ka kuumutada mitmesaja kraadini. Samuti saab pindasid puhastada argooni ioonidega pommitades ja jälgida pinnastruktuuri, kasutades aeglaste elektronide difraktomeetrit (nn LEED-i). Et jälgida reaalajas, ilma vaakumit rikkumata, erinevaid õhukeste kilede moodustumise protsesse nii aatomkihtsadestamisel kui ka laserablatsioonil (need on uute, kontrollitavate omadustega õhukeste kilede saamiseks kasutatavad tehnoloogiad, millega instituudis intensiivselt tegeldakse), on plaanis uurimiskambriga ühendada portatiivsed aatomkihtsadestuse- ja laserablatsioonireaktorid. Uuritavate pindade aatomlahutusega jälgimiseks ühendatakse kambriga ka vaakumis töötav tunnelmikroskoop. Praeguses etapis on saadud juba esimesed spektrid elektronspektromeetriga, kasutades kiirgusallikana röntgenitoru. Seetõttu toimus eelmise aasta 25. novembril pinnafüüsika laboratooriumi pidulik avamine, millest võtsid osa ka kaks Rootsi TA akadeemikut, professorid Jan Nilsson ja Indrek Martinson, kelle teeneid selle annetuse jõudmisel instituuti on võimatu üle hinnata. Kuigi edaspidine arendustöö kompleksiga hakkab käima juba teaduse infrastruktuuri projektide abil, oli Hasselbladi fondi grant hädavajalik ja ääretult tähtis “seeme” uue teadusharu sünnile Eestis ja laiemalt kogu Baltikumis. Loodame, et selle aparatuuriga saadud uutest teadustulemustest saame varsti valgustada ka Horisondi lugejaid.





Rein Veskimäe