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2012 - Dietmar Roth

Electronic energy loss from relative TOF-LEIS measurements

Projekt zur forschungsbezogenen Weiterbildung: Teilnahme an der Konferenz International Workshop on Inelastic Ion-Surface Collisions

IISC-19, Frauenchiemsee, Germany
16. – 21.09.2012


Dietmar Roth
Contact: vorname.nachname(/\t)jku.at


Ionen, die sich in Materie ausbreiten, werden durch Streuung an den Atomkernen (Nuclear Stopping) bzw. Anregung des elektronischen Systems (Electronic Stopping) des Festkörpers abgebremst. Eine genaue Kenntnis des Bremsvermögens (Stopping Power) für die jeweilige Ion-Festkörper Kombination ist Voraussetzung für zahlreiche Anwendungen z.B. hochauflösende Ionenstrahlanalytik. Die Bestimmung der Stopping Power von langsamen Ionen ist für die Grundlagenforschung von Interesse: Während der Energieverlust für schnelle Projektile, d.h. Ionen mit Primärenergien von mehr als 100 keV, im Allgemeinen gut verstanden ist und eine Vielzahl experimenteller Daten vorliegt, sind die Wechselwirkungsprozesse im Energiebereich von 1-10 keV noch nicht zufriedenstellend geklärt: Einerseits ist der Beitrag von Nuclear Stopping zum totalen Energieverlust größer, andererseits tragen im Fall von langsamen Ionen nur Valenzelektronen zum elektronischen Energieverlust bei. Dies bedingt einen Einfluss der elektronischen Zustandsdichte auf die resultierende Stopping Power (Band structure effects). In den letzten Jahren wurden signifikante Unterschiede zwischen einfachen Metallen (z.B. Al) und Edelmetallen (z.B. Cu, Au) bzw. Isolatoren (z.B. LiF, KCl) beobachtet. Grund hierfür sind finite Anregungsenergien in diesen Materialien, wie d-Elektronen in Edelmetallen oder die Bandlücke in Isolatoren. Angesichts dieser Ergebnisse ist eine Untersuchung des elektronischen Energieverlustes in Halbleitern notwendig: Wie Isolatoren besitzen auch sie in der elektronischen Struktur einen verbotenen Energiebereich, allerdings ist dieser im Vergleich weitaus kleiner (~1 eV).

Im meiner Diplomarbeit am Institut für Experimentalphysik, Abteilung Atom- und Oberflächenphysik, (Betreuung: Prof. Peter Bauer) habe ich mit Hilfe der Niedrigenergie-Ionenstreuung (LEIS) unter anderem den elektronischen Energieverlust von langsamen Ionen in Halbleitern wie Silizium und Germanium untersucht. Die Messungen wurden relativ zu Aluminum und Kupfer Referenzproben in der Flugzeit-Ionenstreuappartur (TOF-LEIS) ACOLISSA durchgeführt.

Der „19th International Workshop on Inelastic Ion-Surface Collisions (IISC-19)“, welcher von 16. - 21. September 2012 auf der Insel Frauenchiemsee (Deutschland) abgehalten wurde, bot für mich eine willkommene Gelegenheit, Ergebnisse meiner Diplomarbeit vor einem wissenschaftlichen Publikum zu präsentieren. Der Workshop wurde von insgesamt 81 Teilnehmern aus 20 verschiedenen Ländern besucht und umfasste 50 Vorträge sowie 28 Posterpräsentationen. Neben dem Energieverlust von Ionen an Oberflächen wurden auf der Konferenz Themen wie Charge exchange between particles and surfaces, Cluster/Molecular and highly charged ion beams; Defect formation, surface modification and nanostructuring uvm. behandelt. In meinem eigenen Beitrag „A Procedure to determine electronic energy loss from relative measurements with TOF-LEIS“ konnte ich am 17.09.2012 im Rahmen eines 15-minütigen Vortrags die zur Datenauswertung benutzte Prozedur sowie damit gewonnene Ergebnisse für die elektronische Stopping Power von Wasserstoff Ionen in Germanium vorstellen. Zusätzlich zu dem Vortag wurde zu diesem Thema auch ein wissenschaftlicher Artikel verfasst, der in den IISC-19 Konferenz-Proceedings veröffentlicht wird.

Zusammenfassend kann ich sagen, dass dieser Konferenzaufenthalt für mich - sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf persönlicher Ebene – eine Bereicherung darstellt. Neben dem so wichtigen „Über den Tellerrand Schauen“ konnte ich viele neue Kontakte zu Kolleginnen und Kollegen knüpfen.
Da diese Reise ohne finanzielle Unterstützung nicht möglich gewesen wäre, möchte ich mich diesbezüglich herzlich bei der Wilhelm Macke-Stiftung bedanken.