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

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