Procesos inelásticos en colisiones de iones con sólidos y superficies

Abstract

Se estudió la interacción de iones y electrones con superficies sólidas para obtener información sobre la estructura electrónica de las superficies y su respuesta cuando es sometida al bombardeo por partículas atómicas. La investigación comprendió mediciones experimentales acompañadas de modelos teóricos para interpretar el frenamiento de iones al penetrar en el material, el intercambio de electrones entre el proyectil atómico y la superficie y la emisión de electrones desde la superficie. Para el caso de trayectorias rasantes el proyectil no penetra más allá de la primera capa atómica y se ponen en evidencia las propiedades electrónicas de la superficie. Estudiamos la dependencia en ángulo y energía de la emisión, y el efecto que en la misma tienen la polarización dinámica de los electrones de la superficie ante la presencia del proyectil. La pequeña velocidad normal a la superficie del proyectil rasante hace que la interacción entre los estados electrónicos ligados al proyectil y la superficie sea de carácter adiabático, con una suave dependencia temporal. En el caso de materiales aislantes se estudia la existencia de cargas efectivas localizadas en la superficie producidas por las sucesivas ionizaciones generadas por el proyectil. Para ello se miden los electrones secundarios emitidos en la dirección de salida y con velocidades próximas a la del proyectil, los que son más sensibles a la presencia de cargas en la superficie. Estos estados ligados al proyectil interactuando con la superficie con una débil dependencia temporal a lo largo de la trayectoria emergente generan la población asintótica medida. El estudio de electrones secundarios emitidos en direcciones cercanas a la normal a la superficie comprenden los generados en la excitación de electrones fuertemente ligados de los átomos de la superficie. Su distribución en energías permite conocer el detalle de estas excitaciones y su dependencia de la cristalografía y la respuesta dinámica de los electrones del material.Physical properties of metallic and insulator surfaces will be studied through their interaction with fast (keV) ions and electrons on grazing and penetrating trajectories. Experiments will be performed under ultra high vacuum conditions, and emitted electrons will be analysed in both energy and angle of ejection, as well as the energy lost by the projectile ion and its final charge state. We will measure the elastic dispersion of heavy ions in high purity flat metallic and insulator surfaces. The stopping of ions in the neighborhood of the surface and in the bulk of the solid will be performed, in order to identify the basic mechanisms of energy loss. The emitted electron distribution when the surface is bombarded with grazing ions and electrons will be measured and results compared with models in order to asses the effects of dynamic polarization of the surface electrons and the ionization track of charges in the case of insulator surfaces