Messung der Ionentransmission durch dünne freitragende Folien mittels eines Energieanalysators

Abstract

Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZusammenfassung in deutscher SpracheDie hier verfasste Masterarbeit befasst sich mit der Vermessung von Ladungsverlust und Energieverlust von Ionen in verschiedenen Ladungszuständen nach Transmission durch dünne, frei stehende Schichten. Zu diesem Zweck wurde ein Experiment am Institut für Angewandte Physik der TU Wien aufgebaut, analysiert und in Betrieb genommen sowie eine Messzeit am Partnerexperiment am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf verbracht. Die Wechselwirkungen von Ionen mit herkömmlichen Festkörpern wird im Allgemeinen über einen Gleichgewichtsladungszustand, der sich nach wenigen Nanometern durch das Zusammenspiel von Elektronenverlust und Elektronenaufnahme einstellt, beschrieben. Effekte die vor der Oberfläche des Materials passieren, können hier vernachlässigt werden. Verringert man nun die Schichtdicke auf wenige Atomlagen, so ändert sich die Situation: Wechselwirkungen, die vor der Oberfläche stattfinden können durchaus messbaren Einfluss auf die Energie- und die Ladungsänderung eines Projektils haben. Außerdem ist die Wechselwirkungszeit innerhalb des Materials zu gering, als dass sich ein Gleichgewichtsladungszustand einstellen könnte. Die Messung von Energieverlust und Ladungsverlust eines geladenen Projektils nach Transmission durch dünne freistehende Schichten ermöglicht somit eine direkte Messung fundamentaler Prozesse in der Ionen-Festkörper Wechselwirkung. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die theoretischen Grundlagen der Ionen-Oberflächen und der Teilchen-Festkörper Wechselwirkung beschrieben. Teil zwei widmet sich den experimentellen Anlagen in Wien und in Dresden. Der Schwerpunkt liegt auf der im Zuge dieser Arbeit installierten Elektronik und der Ansteuerung des Experiments in Wien. Danach werden Simulationen in SIMION, Details zur Inbetriebnahme des Experiments und zur Auswertung der Spektren diskutiert. Im letzten Teil finden sich die vorläufigen Resultate der Messungen sowie ein Ausblick auf zukünftige Projekte.In the course of this masters thesis, charge loss and energy loss of ions in different charge states after transmission through atomically thin free-standing foils have been investigated. For this reason, an experiment was set up, analysed and taken into operation at the Institute of Applied Physics at TU Wien. As well as that, a series of measurements was performed at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. The interaction of ions with bulk materials is generally described using an equilibrium charge state of the projectile which is established after a few nanometres inside the solid due to electron loss and gain processes. Effects of pre-surface interaction can be neglected in this description. The situation changes when the layer thickness is reduced to just a few atomic layers: pre-surface interactions may contribute measurably to the energy and charge change of the projectile. Additionally, the limited interaction time inside the material prohibits the establishment of an equilibrium charge state. Measurements of energy loss and charge loss of an ion after transmission through thin free-standing foils thus allows for a direct determination of fundamental processes governing the ion-condensed matter interaction. The theoretical concepts of ion-surface and ion-condensed matter interaction are discussed in the first part of this thesis. Part two describes the experimental setups in Vienna and in Dresden, focusing on the electronics and the remote control of the experiment in Vienna that were installed in the course of this thesis. After that, simulations performed in SIMION, details on the commissioning of the setup and on the evaluation of the data are discussed. In the last part, preliminary results of the measurements are presented together with an outlook on further investigations.6