Wechselwirkung langsamer Ionen mit Isolatoren

Forschungsprojekt P 14337Wechselwirkung langsamer Ionen mit IsolatorenFriedrich AUMAYR08.05.2000 Bei der Wechselwirkung von Ionen mit Oberflächen kommt es neben einer Fülle anderer Prozesse (Zerstäubung, Desorption, Stoßkaskade, Rückstreuung) auch zur Emission von Elektronen. Diese sogenannte ioneninduzierte Elektronenemission ist für zahlreiche Anwendungen (Oberflächenphysik und -analytik, Plasma-Wand- Wechselwirkung in Fusionsexperimenten, Teilchendetektion, Gasentladungen, technische Plasmen, etc.) von großer Bedeutung. Eine experimentelle Untersuchung der Elektronenemission ermöglicht Einblicke in die der Ion- Oberflächenwechselwirkung zugrundeliegenden Mechanismen. Durch streifende Streuung von Ionen an Einkristalloberflächen ist es möglich, die Trajektorien der Projektilionen genau zu definieren und dadurch die Ion-Oberflächenwechselwirkung besser zu steuern (k1einste Annäherung an die Oberfläche, Stärke und Dauer der Wechselwirkung, etc.). Im Rahmen dieses Projektes soll ein neues Flugzeitexperiment aufgebaut werden, mit dem es erstmals möglich ist, den Energieverlust der Projektile bei der streifenden Streuung von ein- und mehrfach geladenen Ionen an Einkristalloberflächen mit der Zahl der bei der Wechselwirkung emittierten Elektronen zu korrelieren. Aus diesen Messungen erwarten wir uns neue Erkenntnisse über die einzelnen Prozesse, die zur kinetischen bzw. Potential- Emission von Elektronen insbesondere aus Isolatoroberflächen (Modellsystem LiF(100)) und zum Energieverlust der Projektilionen führen.

Bei der Wechselwirkung von Ionen mit Oberflächen kommt es neben einer Reihe anderer Prozesse (Zerstäubung, Desorption, Stoßkaskade, Rückstreuung) auch zur Emission von Elektronen. Diese sogenannte ioneninduzierte Elektronenemission ist für zahlreiche Anwendungen (Oberflächenphysik und -analytik, Plasma-Wand- Wechselwirkung in Fusionsexperimenten, Teilchendetek-tion, Gasentladungen, technische Plasmen, etc.) von großer Bedeutung. Eine experimentelle Untersuchung der Elektronenemission ermöglicht Einblicke in die der Ion - Oberflächenwechselwirkung zugrundeliegenden Mechanismen. Durch streifende Streuung von Ionen bzw. Atomen an Einkristalloberflächen ist es möglich, die Bahn-Trajektorien der Projektile genau zu definieren und dadurch die Ion-Oberflächen-Wechselwirkung besser zu steuern (kleinste Annäherung an die Oberfläche, Stärke und Dauer der Wechselwirkung, etc.). Im Rahmen dieses Projektes wurde eine neuartige Koinzidenztechnik entwickelt, mit der es erstmals möglich war, den Energieverlust der atomaren Projektile bei der streifenden Streuung an Einkristalloberflächen mit der Zahl der bei der Wechselwirkung emittierten Elektronen zu korrelieren. Bei Messungen in Wien wurden mit dieser Technik die Wechselwirkung von ein- und mehrfach geladenen atomaren Ionen mit Einkristall-Isolatoroberflächen studiert, während in Zusammen-arbeit mit der Humboldtuniversität zu Berlin (Gruppe von Prof. Helmut Winter) mit eben dieser Technik die streifende Streuung schneller neutraler Atome an Metall- und Isolatoroberflächen untersucht werden konnte. Unsere Untersuchungen führten zu neuen Erkenntnissen über die einzelnen Prozesse, die zur kinetischen bzw. Potential-Emission von Elektronen aus Oberflächen und zum Energieverlust der atomaren Projektile führen. So konnten wir zum Beispiel demonstrieren, dass Koinzidenzmessungen eine einzigartige Möglichkeit darstellen, den Anteil der Potentialemission an der gesamten Elektronenausbeute zu ermitteln, selbst dann wenn gleichzeitig ein beträchtlicher Anteil an durch kinetische Energie angeregter Elektronen vorhanden ist. Für neutrale Projektile war es zudem möglich, das Schwellwertverhalten aller Elektronenanregungs- und -emissionskanäle bei der streifenden Streuung mit bisher unübertroffener Genauigkeit auszumessen. Das im Experiment festgestellte unterschiedliche Verhalten von Isolator- und Metalloberflächen konnte durch eigens entwickelte theoretische Modellvorstellungen erklärt werden.