Detecting swift heavy ion irradiation effects with graphene

In this paper we show how single layer graphene can be utilized to study swift heavy ion (SHI) modifications on various substrates. The samples were prepared by mechanical exfoliation of bulk graphite onto SrTiO$_3$, NaCl and Si(111), respectively. SHI irradiations were performed under glancing angles of incidence and the samples were analysed by means of atomic force microscopy in ambient conditions. We show that graphene can be used to check whether the irradiation was successful or not, to determine the nominal ion fluence and to locally mark SHI impacts. In case of samples prepared in situ, graphene is shown to be able to catch material which would otherwise escape from the surface.Comment: 10 pages, 3 figure

Conductive nanodots on the surface of irradiated CaF2

CaF2(111) single crystal surfaces have been irradiated with swift heavy ions under oblique angles resulting in chains of nanosized hillocks. In order to characterize these nanodots with respect to their conductivity we have applied non-contact atomic force microscopy using a magnetic tip. Measurements in UHV as well as under ambient conditions reveal a clearly enhanced electromagnetic interaction between the magnetic tip and the nanodots. The dissipated energy per cycle is comparable to the value found for metals, indicating that the interaction of the ion with the target material leads to the creation of metallic Ca nanodots on the surface

Modification of graphene by swift heavy ion irradiation

Der Einsatz von schnellen schweren Ionen (SHI) mit Energien von einigen 10 MeV eröffnet neue Möglichkeiten zur Modifikation von Oberflächen-Eigenschaften auf der Nanometerskala. Abhängig von den Eigenschaften des Festkörpers und der eindringenden Ionen, können dabei mannigfaltige Strukturen auf den Festkörper-Oberflächen produziert werden. Verantwortlich dafür ist die elektronische Struktur des Festkörpermaterials. Die Wechselwirkung von Ionen mit Materie allgemein ist Bestandteil vieler Forschungsgebiete (Protontherapie, Nanostrukturierung, zerstörungsfreie Analyse). Die ersten Untersuchungen zur Wechselwirkung von Ionen in Materie reichen bis in das anfangende 20. Jahrhundert zurück. Marie Curie lieferte dabei einen wichtigen Beitrag als sie entdeckte, dass Alpha- und Beta-Teilchen in Materie absorbiert werden. Neben E. Rutherford, J.J. Thompson und vielen anderen hat insbesondere Niels Bohr einen wichtigen Beitrag zum theoretischen Verständnis der Teilchen-Materie-Wechselwirkung geleistet. Bohr ging bei seinem Ansatz davon aus, dass ein Ion durch inelastische Stöße entlang der Flugbahn seine kinetische Energie auf die Elektronen im Festkörper überträgt. Bei der experimentellen Bestimmung der mittleren Reichweite von beschleunigten Ionen in Materie konnte Bohr die Reichweiten in einer Wilson-Nebelkammer richtig vorhersagen. Basierend auf Bohrs Konzept, erreichten Hans Bethe und Felix Bloch den nächsten Meilenstein. Sie lieferten eine quantenmechanische Beschreibung der Ion-Materie- Wechselwirkung. Bohr lieferte 1948 ein umfassendes Werk mit dem Titel "The penetration of atomic particles through matter" , das zu einem wichtigen Standardwerk wurde.\\ Das Ziel dieser Arbeit ist es einerseits, die Herstellung von Graphen mit einer geeigneten Methode auf verschiedenen Substraten durchzuführen und die Schichteigenschaften, wie z.B. die Bestimmung von Kontrastwerte, zu untersuchen. Dazu werden einige Präparationsmethoden vorgestellt. Andererseits sollen die präparierten Graphen/Substrat-Proben mittels SHI bestrahlt und untersucht werden

Graphene on Si(111)7x7

We demonstrate that it is possible to mechanically exfoliate graphene under ultra high vacuum conditions on the atomically well defined surface of single crystalline silicon. The flakes are several hundred nanometers in lateral size and their optical contrast is very faint in agreement with calculated data. Single layer graphene is investigated by Raman mapping. The G and 2D peaks are shifted and narrowed compared to undoped graphene. With spatially resolved Kelvin probe measurements we show that this is due to p-type doping with hole densities of n_h \simeq 6x10^{12} cm^{-2}. The in vacuo preparation technique presented here should open up new possibilities to influence the properties of graphene by introducing adsorbates in a controlled way.Comment: 8 pages, 7 figure

TÜBİTAK Proje Yarışmalarında Beden Eğitimi Branşında Proje Hazırlanamamasına Yönelik Beden Eğitimi ve Spor Öğretmeni Adaylarının Tutum ve Düşüncelerinin İncelenmesi

Bu çalışmanın amacı, her yıl TÜBİTAK (Türkiye Bilimsel ve Araştırma Kurumu) tarafından düzenlenen TÜBİTAK lise öğrencileri araştırma yarışmasına, beden eğitimi branşın da proje hazırlanamamasına yönelik beden eğitimi ve spor öğretmeni adaylarının tutum ve düşüncelerini incelemektir. Araştırma tarama yönteminde tasarlanmış karma araştırma modelidir. Araştırmanın çalışma grubunu, Ardahan Üniversitesi Beden Eğitimi Spor Yüksekokulu ve Kafkas Ünivesitesi Sarıkamış Beden Eğitimi Spor Yüksekokulun da öğrenim hayatlarına devam eden, 1. 2. 3. ve 4. sınıf öğrencilerinden toplam 321 öğrenci oluşturmaktadır. Araştırmanın veri toplama aşaması nicel ve nitel olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Araştırmanın nicel verileri proje yarışmaları tutum ölçeği ile nitel veriler ise araştırmacı tarafından geliştirilmiş olan yarı yapılandırılmış görüşme formunda yer alan açık uçlu sorular yardımı ile elde edilmiştir. Araştırmanın veri analizi kısmında, elde edilen nicel verilerin analizinde verilerin dağılımına bakılarak verilerin parametrik olduğu belirlenmiştir (pgt%253B0.05). Nitel verilerin analizinde ise içerik analizi tekniği kullanılmıştır. Verilerin analizi sonucunda%253B öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının cinsiyetleri arasında, öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının sınıf düzeyi arasında, öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının bilimsel araştırma yöntemleri dersi alıp%252Falmama değişkenleri arasında ve son olarak da öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının bilimsel bir araştırmaya katılıp%252Fkatılmama durumları arasında istatistiki olarak anlamlı bir fark bulunmadığı sonucu elde edilmiştir ( pgt%253B0.05). Buna ek olarak öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının aktif sporcu olma durumlarına göre ve öğretmen adaylarının proje yarışmalarına yönelik tutumlarının lisanslı sporcu olma durumuna göre istatistiksel olarak anlamlı bir fark olduğu sonucu elde edilmiştir ( plt%253B0.05). Proje yarışmaları çerçevesinde öğretmen adaylarının bu proje yarışmalarına danışman olarak katılmaya gönüllü oldukları sonucu elde edilmesiyle birlikte, proje yarışmalarının öğrencilerin bilime bakış açısını olumlu yönde etkilediği, bilimsel araştırma becerilerinin gelişmesine katkı sağladığı ve öğrencilerin özgüven ve sorumluluk sahibi olmalarına zemin hazırladığı sonuçları elde edilmiştir. Ayrıca öğrenciler arasında ki grup etkileşimin fazla olmasından dolayı arkadaşlık ortamının etkili olup güç kazanacağı, öğrencilerin tecrübe kazanarak yeni bilgilere ulaşabilecekleri yararlı bilgiler edinecekleri görülmüştür. Buna ek olarak öğrenci gelişimiyle beraber proje yarışmalarına danışman olarak katılacak öğretmenlerin de gelişim gösterip meslek hayatlarına fayda sağlanacağı ve öğretmenlerin de tecrübe sahibi olarak daha faydalı olabilecekleri sonucu elde edilmiştir. Süreç devam ederken ve süreç bitiminde öğrencilerin eleştirel düşünme becerilerinin ve iletişim gibi çeşitli özelliklerinin de geliştiği sonucu elde edilmiştir. Öğrencilerin ve öğretmenlerin bu yarışma sürecine katılabilmeleri durumunda bu durumun onları mutlu edebileceği sonucu ortaya çıkmıştır

HICS: Highly charged ion collisions with surfaces

The layout of a new instrument designed to study the interaction of highly charged ions with surfaces, which consists of an ion source, a beamline including charge separation and a target chamber, is presented here. By varying the charge state and impact velocity of the projectiles separately, the dissipation of potential and kinetic energy at or below the surface can be studied independently. The target chamber offers the use of tunable metal-insulator-metal devices as detectors for internal electronic excitation, a timeof-flight system to study the impact induced particle emission and the possibility to transfer samples in situ to a UHV scanning probe microscope. Samples and detectors can be prepared in situ as well. As a first example data on graphene layers on SrTiO3 which have been irradiated with Xe36+ are presented. Key words: highly charged ions, sputtering, AFM, grapheneComment: 4 pages, 4 figures, conference proceeding to 17th Internat. Workshop for Ion Surf. Collision

Energy threshold for the creation of nanodots on SrTiO3 by swift heavy ions

We present experimental and theoretical data on the threshold behaviour of nanodot creation with swift heavy ions. A model calculation based on a two-temperature model that takes into account the spatially resolved electron density gives a threshold of 12 keV nm−1 below which the energy density at the end of the track is no longer high enough to melt the material. In the corresponding experiments, we irradiated SrTiO3 surfaces under grazing incidence with swift heavy ions. The resulting chains of nanodots were analysed by atomic force microscopy (AFM). In addition, some samples of SrTiO3 irradiated under normal incidence were analysed by transmission electron microscopy (TEM). Both experiments showed two thresholds, which were connected with the appearance of tracks and the creation of fully developed tracks. The threshold values were similar for surface and bulk tracks, suggesting that the same processes occur at both glancing and normal incidence. 5 Author to whom any correspondence should be addressed

Creation of multiple nanodots by single ions

In the challenging search for tools that are able to modify surfaces on the nanometer scale, heavy ions with energies of several 10 MeV are becoming more and more attractive. In contrast to slow ions where nuclear stopping is important and the energy is dissipated into a large volume in the crystal, in the high energy regime the stopping is due to electronic excitations only. Because of the extremely local (< 1 nm) energy deposition with densities of up to 10E19 W/cm^2, nanoscaled hillocks can be created under normal incidence. Usually, each nanodot is due to the impact of a single ion and the dots are randomly distributed. We demonstrate that multiple periodically spaced dots separated by a few 10 nanometers can be created by a single ion if the sample is irradiated under grazing angles of incidence. By varying this angle the number of dots can be controlled.Comment: 12 pages, 6 figure