Stöckl, J. (2003). Electron emission and energy loss in grazing collisions of multiply charged ions and neutral projectiles with insulator surfaces [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-11564
In the first part of this work an innovative electron detector geometry for measuring electron emission as well as projectile energy loss in grazing ion-surface collisions is described. This setup has been successfully applied in coincidence measurements of slow multiply charged ion-induced electron emission from a clean monocrystalline LiF surface at grazing incidence of the projectile ions. A description of the characteristic features and operation of the electron detector and the chopper-unit which may also prove useful in various other experimental situations is given. For projectiles reflected from the surface the scattering distribution has been recorded on a two dimensional detector in coincidence with the number of emitted electrons and the energy loss of the projectiles during scattering. In this way it was possible to distinguish and to investigate more closely electron emission for three different types of trajectories: non-penetrating projectiles specularly reflected from the topmost surface plane, projectiles entering the target and being reflected from subsurface layers and projectiles penetrating deeply into the target. It could be demonstrated that the coincidence technique is a unique tool to evaluate potential electron emission contribution even in the presence of a considerable number of kinetically excited electrons. The results support existing concepts on the charge state dependence of potential- and kinetic electron emission from LiF gained in normal incidence experiments and provide new information on the potential and kinetic electron emission from insulators. In the second part a similar setup has been used to study neutral hydrogen atoms with energies ranging from about 300 eV to 20 keV are scattered from a clean and flat LiF(001) surface under grazing angles of incidence. By detection of time-of-flight (TOF) spectra in coincidence with the number of emitted electrons, electron emission and excitation phenomena near their respective thresholds were studied. The data are consistently interpreted in the framework of a binary collision model between hydrogen projectiles and F"- lattice ions where the formation of negative hydrogen ions is the common precursor of electronic excitation of the target as well as electron emission.
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Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige Elektronendetektorgeometrie für die Messung der Elektronenemission sowie des Energieverlustes der Projektilionen bei streifender Ion-Oberflächen-Streuung beschrieben. Dieser Aufbau wurde erfolgreich bei Koinzidenzmessungen von Elektronenemission aus einer reinen monokristallinen LiF Oberfläche unter streifendem Einfall von langsamen mehrfach geladenen Ionen angewandt. Zuerst wird eine Beschreibung der charakteristischen Eigenschaften sowie der Bedienung des e"- -Detektors und des Choppers gegeben, die sich auch für weitere Experimente nützlich erweisen könnte. Für, von der Oberfläche reflektierte Projektile, wurde eine Streuverteilung mittels zweidimensional auflösenden Detektors in Koinzidenz mit der Anzahl emittierter Elektronen und dem Energieverlust des Projektils während der Streuung aufgenommen. Auf diese Weise war es möglich drei verschiede Arten von Projektiltrajektorien zu unterscheiden und zu untersuchen: Projektile, die nicht in das Target eindringen und an der ersten Lage spekular reflektiert werden; Projektile, die in die Oberfläche eindringen und an den ersten Lagen darunter gestreut werden und den Kristall wieder verlassen, sowie Projektile, die tiefer in den Kristall eindringen. Es konnte gezeigt werden, dass Koinzidenzmessungen eine einzigartige Möglichkeit darstellen den Anteil der Potentialemission an der gesamten Elektronenausbeute zu ermitteln, auch wenn gleichzeitig ein beträchtlicher Anteil an, durch kinetische Energie angeregter, Elektronen vorhanden ist. Die Ergebnisse unterstützen vorhandene Konzepte für die Ladungsabhängigkeit von Potential- und kinetischer Emission aus LiF, die in Experimenten bei normalem Einfall der Projektile gemessen wurden und liefern weiters neue Informationen zur e"- -Emission (potentiell und kinetisch) aus Isolatoren. Im zweiten Teil wurde ein ähnlicher Aufbau verwendet um die streifende Streuung von neutralen H"0 (E = 300 eV…20 keV) an einer LiF(001) Oberfläche zu untersuchen. Mittels Messung von Flugzeitspektren in Koinzidenz mit der Zahl emittierter Elektronen konnten Elektronenemission und Anregungsphänomene nahe deren Schwellwerten untersucht werden. Die Ergebnisse können im Rahmen eines Modells von Zweierstößen der H"0 mit F"- Gitteratomen, bei denen negative H"- als gemeinsame Vorstufe zur Anregung sowie zur Elektronen dienen, interpretiert werden.