Ladungsaustauschdynamik von Ionen zur Strukturbestimmung

Dünne Schichten und insbesondere 2D Materialien sind von großer Bedeutung in einer Vielzahl von industriellen Applikationen. Eine neuartige Klasse von ultradünnen Schichten, basierend auf organischen molekularen Netzwerken, ist dabei besonders vielversprechend für Anwendungen in Brennstoffzellen, Osmosekraftwerken und zur Wasserentsalzung. In diesen Schichten sind jedoch die Atome nur kurzreichweitig geordnet und auf größeren Entfernungen erscheinen molekulare Nanoschichten ungeordnet. Die genaue atomare Struktur legt jedoch die chemischen und mechanischen Eigenschaften fest. Um die Struktur zu bestimmen, eignen sich klassische Mikroskopiemethoden nur unzureichend, denn während Mikroskopie mit Elektronenstrahlen die Schichten selbst verändert, liefert Rasterkraftmikroskopie nur bei sehr niedrigen Temperaturen verlässliche Ergebnisse. In diesem deutsch-österreichischen Projekt mit 3 Partnern werden wir eine neuartige Strukturbestimmungsmethode entwickeln. Diese basiert auf der Wechselwirkung von Ionenstrahlen mit Materie. Beim Durchgang der Ionen durch Materie wird Ladung zwischen dem Ion und den Materialatomen ausgetauscht, wobei der Ladungsaustausch vom Abstand abhängt in dem die Ionen die Atome passieren. Gleichzeitig werden die Ionen auch gebremst, wenn sie sich durch die Schicht bewegen. Durch Messung der Ladung der Ionen, der Geschwindigkeit und des Ablenkwinkels nach dem Durchgang durch kurzreichweitig geordnete molekulare Nanoschichten, können wir Aufschluss über die atomare Struktur erhalten. Speziell eignen sich dabei schwere Ionen in besonders hohen Ladungszuständen, denn diese führen viel Ladungsaustausch durch. Das Projekt wird an der TU Wien, der Universität Bielefeld und der Friedrich-Schiller- Universität Jena durchgeführt. Jede der beteiligten Gruppen bringt dabei einzigartige Kenntnisse und Fähigkeiten mit. Im Zusammenspiel der Partner und durch die Synergie der an den verschiedenen Standorten verfügbaren Methoden werden wir in diesem Projekt erstmals die atomare Struktur von organischen molekularen Netzwerken und Schichten messen.