Oberflächen-Bearbeitung mit langsamen, hochgeladenen Ionen

Atomare Vorgänge an Grenzflächen spielen in vielen Anwendungsbereichen eine entscheidende Rolle. Dennoch sind viele dieser Prozesse noch immer unverstanden. Grundlegendes Studium und die technologische Anwendung der elektronischen Wechselwirkung und speziell des Elektronenaustauschs zwischen Projektilen und Oberflächen bei kleinen Vertikalgeschwindigkeiten sind die Forschungsziele der Arbeitsgruppe. Durch Abbremsen hochgeladener Ionen (z. B. Ne⁹⁺ mit Ladung q=9) auf Energien zwischen 10 und 100 eV kann bei senkrechtem Einfall kleine Vertikalgeschwindigkeit erzielt werden. Ein solches Ion fängt beim Annähern an die Oberfläche q Elektronen in Rydbergzustände ein, während alle inneren Schalen zunächst leer bleiben. Das Ion wirkt damit wie ein "Elektronenstaubsauger" und transformiert sich selbst dabei in ein extremes Atom mit kompletter Besetzungsinversion vor der Oberfläche. Mangels Dichte lässt sich damit leider nicht sofort ein Röntgenlaser bauen. Die Frage, wie die Atome durch Auger-Elektronen- und Röntgenemission innerhalb von 10^-14 s bis zum Auftreffen auf die Oberfläche ihre Energie abgeben, ist aber dennoch eine experimentelle und theoretische Herausforderung ersten Grades für den Grundlagenforscher. Ein Ablösen von Verunreinigungen von der Oberfläche wird durch das "Absaugen" der Elektronen und durch die restliche potentielle Energie im Ion beim Ankommen des Projektils an der Oberfläche bewirkt. Die Reinigung kann auf allen Oberflächen, elektrisch leitend oder isolierend, kristallin oder amorph angewandt werden. Die Arbeitsgruppe hat sich daher mit Erfolg bemüht, die Orte des Absaugens der Elektronen von der Oberfläche im Bereich einiger Angström vor der Oberfläche auszumessen. Für die technische Realisierung des Oberflächen-Reinigungsverfahrens muss nun die Entwicklung der notwendigen Ionenquellen- und Ionenstrahltechnologie vorangetrieben werden.

Drittmittelgeber:

BMBF

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. J. Andrä (Leiter), Dipl.-Phys. J. Mrogenda

Veröffentlichungen:

Ducrée, J., J. Mrogenda, E. Reckels, H. J. Andrä: Fingerprints of Early K-Auger Emission from Slow Highly Charged Ions Approaching Surfaces, Phys. Scripta Vo. T 80, 217 (1999)

Mrogenda, J., J. Ducrée, E. Reckels, J. Leuker and H. J. Andrä: Emission Depth of Auger-Electronics by Analysis of Plasmon Excitation, Phys. Scripta Vo. T 80, 245 (1999)

Ducrée, J., H. J. Andrä and U. Thumm: Neutralization of Hyperthermal Multiply Charged Ions at Surfaces: Comparison Between the Extended Dynamical Over-Barrier Model and Experiment, Phys. Rev. A60, 3020 (1999)

Mrogenda, J., J. Ducrée, E. Reckels and H. J. Andrä: Spatially resolved K-Auger emission of hyperthermal highly charged ions at an A1 (111) surface. Europhysics Letters 48, 672 (1999)

Mrogenda, J., E. Reckels and H. J. Andrä: Deconvolution of Auger Electron Spectra of Hyperthermal Highly Charged Ions at Metal surfaces, Surface Science (2001), accepted for publication.