Peters, Thorsten:
Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen
Dusiubrg, Essen, 2010
Dissertation2010Physik
Fakultät für Physik » Experimentalphysik
Titel:
Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen
Autor(in):
Peters, ThorstenLSF
Betreuer(in), Doktorvater:
Schleberger, Marika
Erscheinungsort
Dusiubrg, Essen
Erscheinungsjahr
2010
Umfang
160 S.
DuEPublico ID:
URN:
Signatur der UB
Notiz:
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2010

Abstract:

Die vorliegende Arbeit befasst sich sowohl mit den Ergebnissen aus Bestrahlungsexperimenten zur Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen als auch mit dem Aufbau einer Apparatur für Bestrahlungsexperimente mit hochgeladenen Ionen. In Bestrahlungsexperimenten an der Beamline IRRSUD am GANIL wurden SrTiO3-Proben unter verschiedenen Einfallswinkeln mit hochgeladenen Ionen bei kinetischen Energien von 92–110 MeV bestrahlt. Nach der Bestrahlung zeigten sich hügelartige Defekte mit einer typischen Höhe von 3–4 nm und einem Durchmesser der Grundfläche von 30–60 nm. Bei flachen Einfallswinkeln der Ionen gegenüber der Probenoberfläche ( < 6◦) zeigten sich mehrere hügelartige Defekte entlang der Ionentrajektorie mit einer Höhe von bis zu 6 nm bei einem Durchmesser von ca. 35 nm. Insgesamt können die Hügelketten bis zu über einem Mikrometer lang werden für < 1◦. Eine Erklärung für diese regelmäßige Oberflächenmodifikation durch ein einzelnes Ion liefert ein geometrisches Modell, welches auf DFT-Berechnungen zur anisotropen Verteilung der Elektronendichte in einer Einheitszelle des SrTiO3 beruht. In Bestrahlungsexpeimenten an der TU Wien wurden Metall-Isolator-Metall-Dünnschicht-Detektoren mit langsamen (1–12 keV) Arq+-Ionen (q = 2 − 8)bestrahlt. Dabei wurde die interne Elektronenemission im MIM-Detektor gemessen. Dadurch kann die Dissipation der potenziellen und kinetischen Energie getrennt voneinander nachweisen quantifiziert werden. Es ergibt sich daraus, dass die potenzielle Energie ca. 30 mal effektiver zur internen Elektronenemission beiträgt als die kinetische. Durch das Anlegen einer Biasspannung an die beiden Metallschichten wurde die interne Elektronenemission energiedispersiv gemessen. Durch eine Modellrechnung konnte damit die elektronische Anregung mit einer Elektronentemperatur als Parameter von 10.000–150.000 K quantifiziert werden. Parallel zu den Experimenten wurde an der Universität Duisburg-Essen am Campus Duisburg eine Beamline aufgebaut, um zukünftig Experimente mit langsamen (Ekin < q · 50 eV) hochgeladenen (bis zu Xe45+) Ionen durchführen zu können. Als Ionenquelle kommt eine Dresden-EBIT zum Einsatz. Um die Ionen abbremsen zu können, wurde das Konzept eines Ionenfahrstuhls umgesetzt. Die eigentliche Bestrahlung der Proben findet auf einem speziell dafür konstruierten Manipulator statt, der es ermöglicht, die Experimente mit den MIM-Detektoren weiterzuführen. Das Experiment wird ausgebaut, sodass in Zukunft durch Time-of-Flight-Massenspektroskopie komplementäre Erkenntnisse zur elektronischen Anregung durch Ionenbeschuss gewonnen werden können.