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Bandstruktureffekte im Elektronischen Energieverlust (BEES)
FWF-Projekt P22587-N20
 

Elektronische Wechselwirkungen von Ionen mit Materie sind sowohl in angewandter Wissenschaft als auch in der Grundlagenforschung von großem Interesse. Viele technische Anwendungen zur Analyse oder Modifikation von Materialeigenschaften beruhen auf Ionenstrahlen und benötigen deshalb quantitative Informationen über den Energieverlust von Ionen in Festkörpern. Bei hohen Energien ist sowohl ein qualitatives Verständnis als auch die Möglichkeit einer quantitativen Vorhersage der abbremsenden Kraft auf die Ionen (Stopping power) vorhanden. Bei Ionen niedriger Energie sind die Wechselwirkungs-mechanismen jedoch nicht ausreichend gut erklärt. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen eine starke Abhängigkeit der Stopping power bei niedrigen Ionengeschwindigkeiten von der elektronischen Struktur der Probe. Darüber hinaus kann für verschiedene Materialklassen - Metalle, Halbleiter und Isolatoren - die beobachtete Abhängigkeit des Energieverlusts von charakteristischen Anregungsschwellen nicht in einem gemeinsamen Modell beschrieben werden. Deshalb ist eine experimentelle Studie mit theoretischer Unterstützung geplant, um eine sinnvolle Klassifizierung und eine Beschreibung der Wechselwirkung zu finden. Als experimentelle Methode wird Flugzeit-Niederenergieionenstreuung (TOF-LEIS) bei niedrigen Ionengeschwindigkeiten für Materialien mit komplexer elektronischer Struktur verwendet werden. Amorphe und einkristalline Proben ausgewählter Metalle, intrinsischer und dotierter Halbleiter und Isolatoren mit verschiedener Bandlücke werden untersucht. Die Resultate werden es ermöglichen die folgenden Fragestellungen beantworten:

(1) Warum sind die Anregungsschwellen für elektronischen Energieverlust in Isolatoren im Vergleich mit den Werten für Metalle und Halbleiter so niedrig?
(2) Ist es möglich die Beziehung zwischen den Schwellgeschwindigkeiten für elektronischen Energieverlust und den Bandlücken zu verstehen?
(3) Kann man die elektronischen Wechselwirkungen mit ionischen und kovalenten Isolatoren sowie Halbleitern anhand eines Modells erklären?
(4) Gibt es einen messbaren Einfluss von Dotierungen auf die Abbremsung von Ionen im Bereich der Anregungsschwelle?
(5) Hängt der elektronische Energieverlust auf signifikante Weise von der Anzahl der Defekte im Material ab?

Als Folge davon: gibt es einen Unterschied zwischen Einkristall und amorpher Probe?
Die Ergebnisse des geplanten Projektes werden einen wesentlichen Fortschritt im physikalischen Verständnis der Ionen-Festkörper Wechselwirkung darstellen. Nicht zuletzt deshalb werden diese auch für vielfältige technologische Anwendungen wie Ionenimplantation und Fusionsforschung von großem Interesse sein

Institut für Experimentalphysik

Abteilung AOP

Adresse

Johannes Kepler Universität Linz
Altenberger Straße 69
4040 Linz

Standort

Physikgebäude, 1. Stock, Raum P119

Projektleitung

a.Univ.-Prof. Dr. Peter Bauer i. R.

Telefon

+43 732 2468 5336

Website

jku.at/iep