Área 6: Tecnologías experimentales singulares (TES)

• Fabricación de nanoestructuras magnéticas mediante FEBID (Focused Electron Beam Induced Deposition).
• Fabricación de nanoestructuras superconductoras mediante FIBID (Focused Ion Beam Induced Deposition).
• Fabricación de (nano)estructuras metálicas mediante Cryo-FIBID (FIBID en condiciones criogénicas).
• Espectroscopía avanzada en TEM (microscopía electrónica de transmisión) mediante EELS (espectroscopía de pérdida de energía electrónica).
• Estudios mediante TEM de la respuesta de materiales a estímulos externos (TEM in situ).
• Determinación de composición y estructuras cristalinas con resolución atómica mediante TEM.
• Imagen magnética mediante TEM utilizando holografía y microscopía Lorentz.
• Estudios mediante TEM de bajo voltaje de materiales sensibles a altas energías.
• Microscopía de barrido de efecto túnel (STM) resuelta en espín.
• Fabricación de estructuras artificiales basadas en manipulación atómica mediante STM.
• Espectroscopía a escala atómica mediante STM.
• Nanofabricación mediante dip-pen (DPN).

• Nuevas técnicas de fabricación de nanoestructuras magnéticas (en 3D mediante FEBID y de crecimiento ultra-rápido mediante Cryo-FIBID).
• Fabricación de nanodispositivos superconductores mediante técnicas avanzadas basadas en haces de iones.
• Nuevas estrategias de fabricación ultra-rápida de contactos metálicos mediante haces de electrones e iones.
• Nanofabricación avanzada aplicada a nuevos materiales (aislantes topológicos, materiales bidimensionales).
• Nanoscopía electrónica en materiales carbonosos de baja dimensionalidad, en materiales próximos heteroatómicos o de otros compuestos laminares y de sistemas híbridos/funcionalizados.
• Estudio de la transformación o respuesta de materiales a estímulos (irradiación, temperatura, corrientes eléctricas) vía TEM in situ.
• Estudio de nuevas texturas magnéticas en nanoimanes 3D mediante el desarrollo de técnicas de imagen TEM magnética.
• Análisis avanzado de materiales mediante técnicas cuantitativas de imagen STEM y espectroscopía EELS, con foco en materiales óxidos multifuncionales.
• Estudios a nivel atómico de materiales sensibles al haz electrónico, con foco en solidos nanoporosos incluyendo Zeolitas y Metal Organic Frameworks (MOFs).
• Fabricación de estructuras artificiales con control atómico mediante STM.
• Espectroscopia a escala local y mesoscópica mediante STM.
• Combinación del STM con la fotoemisión resuelta en ángulo y foto-difracción.
• Preparación de puntas de STM magnéticas y protocolos de adquisición de datos para investigar bits cuánticos, cadenas de espín y estados de borde de origen topológico.
• Fabricación de dispositivos cuánticos basados en moléculas mediante DPN.
• Nanofabricación mediante DPN aplicada al grafeno.

• Grupos de Investigación en Colaboración (CRG) en el ILL a cargo del instrumento de difracción en polvo D1B.
• Desarrollo de una nueva instalación experimental en el ILL (XtremeD).
• Experimentos en ICTS (sincrotrones, fuentes de neutrones y muones) por competición y evaluación positiva de paneles internacionales de expertos.
• España es miembro científico del ILL (1987) y desde 1998, miembros del INMA coordinan administrativamente y científicamente los CRG españoles en el ILL.
• España es socio fundador (1988) del ESRF y científicos del INMA participaron en el desarrollo instrumental (XAS y XMCD) de la línea BM25 (CRG español).
• Científicos del INMA utilizan recurrentemente ILL, ESRF y ALBA (con contribución económica española). Además, participaron en definir 4 de las 10 líneas de ALBA con su caso científico. Científicos del INMA son usuarios de otras ICTS mundiales:
• Neutrones: SNS, NIST, OPAL, ISIS, FMRII, SINQ o MLF.
• Sincrotrones: APS, SPRING8, SLS, ELETTRA, DIAMOND, PSI, SOLEIL o BESSY-
  Dicho acceso supone la subvención del experimento (≈30 k€/dia).
• Extensa red de colaboraciones científicas nacionales e internacionales. Los avalistas de la línea participan en organismos, comités de decisión y asesoramiento en ICTS.
• Realización de numerosas tesis relacionadas con esta temática.

DESCRIPTOR: Línea identificativa del INMA que consiste en el desarrollo de sensores para experimentos no convencionales y aportan una ventaja competitiva a la investigación del INMA en el resto de áreas..

• Sensores microHall de campo magnético con muy alta resolución (10-12emu). Han permitido caracterizar materiales desarrollados en otras áreas del instituto, como imanes moleculares para computación cuántica o nuevas moléculas para refrigeración magnética.
• Susceptómetros micro-SQUID capaces de medir la respuesta magnética de nanomateriales (100 µB/Hz1/2) a bajas temperaturas y explorar su dinámica entre Hz y MHz. Estos microsusceptómetros han permitido estudiar qubits moleculares en condiciones inaccesibles para otras técnicas comerciales.
• Sensores nanoSQUID basados en superconductores de alta temperatura crítica: alcanzan sensibilidades de pocos magnetones de Bohr, operan en un amplio rango de temperaturas (mK – 80 K) y campos magnéticos (< 1 T) y ofrecen una resolución temporal inigualable (desde procesos quasiestáticos hasta los microsegundos). Hemos estudiado nanomateriales estratégicos para otras áreas del instituto como nanohilos magnéticos, nanopartículas o materiales moleculares 2D.
• Nanocalorímetros: Utilizando tecnología de micro- y nanomaquinado, desarrollamos diferentes tipos de nanocalorímetros con muy altas sensibilidades (25 nJ/K a 200K, 2 pJ/K a 2K).
• Detectores de radiación basados en superconductores (TES). Este tipo de detectores permiten alcanzar la máxima resolución en energía. Hasta ahora hemos estado trabajando en detectores de rayos X para la misión ATHENA de la ESA.

DESCRIPTOR: Esta línea se dedica al desarrollo y mejora de tecnología para el reciclado y uso eficiente de un recurso limitado y estratégico como es el Helio.

• Desarrollo de las tecnologías ‘Advanced Technology Liquefiers’ (ATL) y ‘Advanced Technology Purifiers’ (ATP) que han sido patentadas y licenciadas a la empresa Quantum Design (San Diego, USA).
• Desarrollos que permiten reciclar el helio de una forma eficiente y sencilla para su reutilización. Además, se ha resuelto un problema recurrente de bloqueos, que ocurría en pequeñas impedancias utilizadas para bajar la temperatura por debajo de 4,2 K, y, que ocasionaban graves problemas de operación y económicos en todo el mundo.
• Actualmente existen alrededor de 200 equipos instalados en más de 15 países. Uno de los mayores hitos ha sido la implementación de esta tecnología en la Universidad de Leiden (5 ATLs y 3 ATPs), que siempre ha sido una referencia mundial en la física de bajas temperaturas, después de que allí se consiguiera helio líquido por primera vez en 1911.

DESCRIPTOR: Esta línea surge de la necesidad de crear plataformas multisensoras que no solo sean sensibles, robustas, rápidas y de bajo coste, sino también altamente selectivas, capaces de discriminar el analito de interés en mezclas complejas. En los últimos 15 años nuestros esfuerzos se han enfocado a la detección e identificación en fase gas de compuestos orgánicos volátiles, tóxicos industriales, explosivos y agentes de guerra química a niveles de concentración que van desde cientos de ppmV a valores traza (sub-ppbV).

• Aproximación nariz electrónica donde combinamos la selectividad por combinatoria de un conjunto de sensores másicos tipo microcantilevers con calefacción integrada funcionalizados con diferentes sólidos nanoporosos.
• Preconcentración del analito objetivo, en una etapa previa a la detección, mediante un microdispositivo preconcentrador que incorpora sólidos nanoporosos adsorbentes, para alcanzar detección a nivel sub-ppbV.
• Espectroscopía SERS para la identificación inequívoca del analito gracias a la obtención de su huella vibracional.
• Microfabricación de nuevos dispositivos microfluídicos que integran membranas densas y micro-nanoestructuradas. Estos dispositivos tienen como objetivo: i) mejorar el contacto entre fases en aplicaciones biomédicas (oxigenación de la sangre, cristalización de proteínas, recuperación de gases de anestesia …); ii) aumentar las propiedades de conducción de protones y de cross-over de reactivos en dispositivos electroquímicos tipo HT-PEMFCs.