Titelaufnahme

Titel
The response of insulator surfaces to a slowly approaching highly charged ion / Walter Meissl
VerfasserMeissl, Walter
Begutachter / BegutachterinAumayr, Friedrich ; Lemell, Christoph
Erschienen2008
UmfangVI, 105 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)hochgeladene Ionen / Elektronenemission / Nanostrukturen / Isolatoroberflächen / hohle Atome / Kalziumfluorid / Lithiumfluorid / Aufladung
Schlagwörter (EN)highly charged ions / electron emission / nanostructuring / insulating surfaces / hollow atoms / calcium fluoride / lithium fluoride / charge-up
Schlagwörter (GND)Mehrfach geladenes Ion / Nichtleiter / Oberfläche / Elektronenemission / Nanostruktur
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-28845 Persistent Identifier (URN)
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The response of insulator surfaces to a slowly approaching highly charged ion [9.36 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Dissertation behandelt die Wechselwirkung von hochgeladenen Ionen mit Isolatoroberflächen. Mithilfe von Rasterkraftmikroskopie wurde nachgewiesen, dass einzelne hochgeladene Ionen echt-topographische Strukturen im Nanometerbereich auf Kalziumfluorid-Einkristalloberflächen erzeugen können. Die erzeugten Oberflächendefekte zeigten nur eine schwache Abhängigkeit von der kinetischen Energie der Projektile im Bereich von einigen keV bis über 300 keV, jedoch eine starke Abhängigkeit von deren potentieller Energie.

Ein Schwellwert in der potentiellen Energie zwischen 12 und 14 keV konnte für das Auftreten der Strukturen nachgewiesen werden. Langsame Elektronen, die vom Projektil in den Festkörper emittiert werden, führen zu einer Erhitzung des Kristallgitters in der unmittelbaren Umgebung des Einschlags. Die Emission von Elektronen während des Einfalls hochgeladener Ionen auf einen Festkörper erlaubt Einsichten in die relevanten Prozesse der elektronischen Evolution von Projektil und Oberfläche. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Apparat zur quantitativen Bestimmung der Elektronenausbeute beim Einschlag von extrem langsamen hochgeladenen Ionen auf Isolatoroberflächen konstruiert. Damit wurden Elektronenausbeuten beim Einschlag von hochgeladenen Argon-, Xenon- und Quecksilberionen (in Ladungszuständen bis hinauf zu 64+) auf Isolatoroberflächen gemessen und ihre Abhängigkeit von Ladungszustand, Geschwindigkeit und Winkel bestimmt. Im Vergleich zu leitenden Oberflächen wurde nur eine schwache Abhängigkeit der Ausbeute von der Geschwindigkeit bis hinunter zu etwa 100 km/s gefunden. Darunter zeigte sich für die höchsten Projektil-Ladungszustände ein starker Abfall der Ausbeute am Isolatortarget. Als mögliche Erklärung wird die Zurückhaltung langsamer, andernfalls emittierten, Elektronen durch eine Ansammlung positiver Ladungen auf der Oberfläche, die beim Einschlag gebildet werden, präsentiert.

Zusammenfassung (Englisch)

The present thesis deals with the interaction of slow highly charged ions (HCI) with insulator surfaces. Using atomic force microscopy, single impact of slow highly charged xenon ions was proven to induce stable and truly topographic nanometric surface structures calcium-fluoride single crystal surfaces. The surface defects showed only a weak dependence on the projectile's kinetic energy in the range of a few keV up to more than 300 keV, but a strong dependence on the potential energy of the ions. A threshold in potential energy of the projectile between 12 and 14 keV was found for the onset of nanostructuring. The mechanism behind the production of these structures was identified as a phase-transition (melting) on the nano-scale induced by the emission of electrons into the solid, which leads to heating of the lattice in the immediate vicinity. The emission of electrons during HCI impact on a surface allows insights in the relevant processes of the electronic evolution of the projectile and the surface. A new setup was constructed for the determination of electron yields during impact of extremely slow HCI on insulating targets. For highly charged argon, xenon and mercury ions up to charge states of 64+, electron yields were obtained for impact on an insulating LiF surface and their dependence on charge state, velocity and impact angle analyzed. Compared to conducting targets, only a weak dependence of the electron yield on the impact velocity was found above 100 km/s.

For the highest charge state used (40+), a sharp drop of the electron yield was observed for the insulator at very low impact velocities. The retention of slow, otherwise emitted, electrons by a positive charge patch formed on the insulating surface during HCI impact is considered to be a possible explanation of the observed drop.