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Oberflächenmodifikationen durch schnelle 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 Bewegungsenergie 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.

Abb. 1: Schema eines Cyclotron-Ringbeschleunigers
Abb. 2: Einschlagshügel

Um schnelle Ionen zu erzeugen, nutzen wir einen Teilchenbeschleuniger, ein sog. Cyclotron (Abb. 1). Dort werden Ionen erzeugt, die etwa 60% der Lichtgeschwindigkeit erreichen. Wenn diese senkrecht auf eine Probe treffen, entsteht an jeder Einschlagstelle ein winziger Hügel, der sich mit einem Rasterkraftmikroskop abbilden lässt (Abb. 2). Treffen die Ionen unter flachem Winkel auf die Oberfläche treffen, ergeben sich Ketten aneinander gereihter Hügel (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Hügelkette durch einzelnes Ion unter flachem Winkel

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

Siehe auch ein Bericht der Pressestelle der Universität.

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