Fachbereich 11 - Physik
Institut für Kernphysik
Prof. Dr. J. Andrä

Wechselwirkung langsamer, hoch geladener Ionen mit Oberflächen

Atomare Vorgänge an Grenzflächen spielen in vielen Anwendungsbereichen eine entscheidende Rolle. Die Forschungsziele der Arbeitsgruppe sind das grundlegende Verständnis und die technologische Anwendung der elektronischen Wechselwirkung zwischen hoch geladenen ionischen Projektilen und Oberflächen bei kleinen Vertikalgeschwindigkeiten. Durch Abbremsen hoch geladener Ionen (z.B. Ne10+ mit Ladung q = 10) auf Energien zwischen 10 und 100 eV können bei senkrechtem Einfall sehr kleine Vertikalgeschwindigkeiten 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 und wo diese Atome durch Auger-Elektronen- und Röntgenemission innerhalb von 10-14 s bis zum Auftreffen auf die Oberfläche ihre Energie abgeben, ist in den letzten 6 Jahren durch die Doktorarbeiten von J. Ducrée und J. Mrogenda fast vollständig beantwortet worden. Mit diesen Erkenntnissen ausgestattet, ist die Arbeitsgruppe nun in der Lage, langsame, hochgeladene Ionen als Werkzeug für die Oberflächenbearbeitung einzusetzen. Solche technologisch wichtige Anwendungen erfordern aber Stromdichten hoch geladener Ionen, die heute noch nicht zur Verfügung stehen. Deshalb gilt ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe der Entwicklung von speziellen Ionenquellen für die Erzeugung hoch geladener Ionen der gewünschten Stromdichten.

Drittmittelgeber:

NRW, BMBF

Beteiligte Wissenschaftler:

H. J. Andrä (Leiter) und J. Mrogenda

Veröffentlichungen:

J. Mrogenda and H.J. Andrä, "Deconvolution of Auger Electron Spectra of Hyperthermal Highly Charged Ions at Metal Surfaces", Surface Science 490, 43 (2001).