Wechselwirkung langsamer hochgeladener Ionen mit der Oberfläche von Ionenkristallen und Isolatoren

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Experimente in jüngster Vergangenheit haben gezeigt, dass die Deposition der potentiellen Energie hochgeladener Ionen an der Oberfläche von Ionenkristallen die Erzeugung nm-großer Strukturen initiieren kann. Da die Ursache der Strukturerzeugung in der potentiellen Energie der Ionen liegt, kann im Gegensatz zu herkömmlichen Lithographieverfahren mit sehr langsamen Projektilen gearbeitet werden. Damit lassen sich Strukturänderungen an der Oberfläche erzeugen ohne dabei Strahlenschäden im Inneren des Festkörpers hervorzurufen. Für den Prozess der Nanostrukturierung durch hochgeladene Ionen konnten in Vorarbeit der Antragsteller erstmalig Modelle erarbeitet werden, in denen am konkreten Beispiel der Oberflächen CaF2 und KBr lokale Phasenübergänge sowie Defekterzeugung als Ursachen der Strukturerzeugung identifiziert wurden. Die Adaption dieser Modelle auf den allgemeinen Fall der Ionenkristalloberflächen stellt eines der Hauptziele des vorliegenden Forschungsprojektes dar. In systematischen Untersuchungen mittels Rasterkraftmikroskopie sollen dazu die expliziten Einflüsse von kinetischer und potentieller Projektilenergie sowie von Synergieeffekten aus beiden Energien auf den Prozess der Strukturerzeugung herausgestellt werden. Die gezielte Variation von Ionenauftreffwinkel und Oberflächentemperatur soll dabei ein möglichst detailliertes Bild über die Quantität dieser Abhängigkeiten auf unterschiedlichen Ionenkristalloberflächen liefern. Weiter wird angestrebt, durch Variationen der genannten Parameter Aufschluss über den Zusammenhang zwischen den Mechanismen der Defekterzeugung und der Phononenanregung bei der Erzeugung individueller Nanostrukturen zu erlangen. Der essentiellen Fragestellung nach der inneren Struktur der erzeugten Nanostrukturen, d.h. nach der chemischen Zusammensetzung sowie der kristallographischen Ordnung, soll im vorliegenden Projekt erstmalig in Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie nachgegangen werden. Die bestehende internationale Zusammenarbeit bei der Projektierung der Experimente sowie bei der systematischen Analyse und Modellierung der Messergebnisse mit der Technischen Universität Wien, soll im Rahmen dieses Projektes fortgesetzt und weiter vertieft werden.