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Oberflächenmodifikationen durch hochgeladene Ionen

Ionen, d.h. geladene Teilchen, können benutzt werden, um Materialeigenschaften gezielt zu verändern. Die Ionen dringen wie Gewehrkugeln in das Material ein und geben dort ihre Energie ab. Je nach Wahl des Ion, seines Ladungszustandes und seiner Geschwindigkeit, wirkt der Beschuss mit Ionen sehr unterschiedlich. Bei geringen Energien lässt sich die Wirkung eher mit einem mikroskopischen Sandstrahlgerät vergleichen, bei hohen Ladungszuständen findet man Einschlagskrater und hügelartige Strukturen, die an Vulkankegel erinnern, bei höheren Energien wird das Material eher entlang der Flugbahn aufgeschmolzen.

Wir interessieren uns für die grundlegenden Mechanismen der Energieumwandlung, die zu diesen vielfältigen Veränderungen führen, und machen dazu verschiedene Experimente.

Um hochgeladene Ionen zu erzeugen, nutzen wir eine Teilchenfalle, eine sog. EBIT (Electron Beam Ion Trap). In dieser Falle werden Ionen erzeugt, indem man Gasatome mit schnellen Elektronen beschießt. Dies funktioniert um so besser, je länger die Teilchen in der Falle eingesperrt sind. Auf diese Weise lassen sich z.B. Xenon-Ionen herstellen, denen 42 Elektronen (von 54!) fehlen. Anschließend wird die Falle geöffnet und die Ionen werden auf eine Probe gelenkt. Im Rasterkraftmikroskop sieht man dann z.B. Hügel an den Einschlagstellen. Zusätzlich zu diesen sichtbaren Veränderungen werden beim Einschlag Elektronen ausgelöst, die wir mit empfindlichen Detektoren nachweisen (Abb.1). So können wir verfolgen, wie die eingebrachte Energie im Festkörper schrittweise in Wärmeenergie umgewandelt wird (Energiedissipation).

Abb. 1: Schema vom Aufbau eines Metall-Isolator-Metall-Kontakts

Diese Arbeiten sind in einen großen Forschungsverbund (SFB) eingebettet, der die Energiedissipation an Oberflächen aus ganz verschiedenen Perspektiven beleuchtet.

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