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Dr. Stefan Facsko
Head IBA/OSA
Head Ion Induced Nanostructures
s.facskoAthzdr.de
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Fax: 12987, 2879

Highly Charged Ions Facilities

Two-source facility

SNIPER

Hochgeladene Ionen

Hochgeladene Ionen besitzen zusätzlich zu ihrer kinetischen Energie potenzielle Energie als Summe der Ionisationsenergien aller fehlenden Elektronen. Für langsame Ionen kann die potenzielle Energie viel größer sein als ihre kinetische Energie. Trifft ein langsames, hochgeladenes Ion auf eine Festkörperoberfläche, so entzieht es dem Festkörper Elektronen. Dieser Elektronentransport führt zur Neutralisation des Ions und zur Deposition der potentiellen Energie in der Oberfläche (Abb. 1).

Wird die hohe potentielle Energie innerhalb der kurzen Neutralisationszeit von einigen Femtosekunden (10-15 s) in eine Fläche von einigen nm2 eingetragen, so resultiert daraus eine extrem hohe Leistungsdichte von 1014 W/cm2. Durch diese hohen Energie- bzw. Leistungsdichten werden zahlreiche Oberflächenmodifikationen erwartet. Im Vergleich mit konventionellen Ionen, d.h. einfachgeladenen Ionen oder schnellen, schweren Ionen (SHI) zeichnen sich langsame hochgeladene Ionen durch eine sehr oberflächennahe aber hohe deponierte Energiedichte aus (Abb. 2).

Der Schwerpunkt unserer Untersuchungen mit hochgeladenen Ionen ist:

COB Modell Energiedichte durch Ionenbeschuss

Abb. 1: Schematische Darstellung der Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen: "Classical Over the Barrier Model" (nach HP. Winter, F. Aumayr und J. Burgdörfer).

Abb. 2: Die Energiedeposition für hochgeladene Ionen (HCI) erfolgt im Vergleich mit anderen Ionensorten sehr oberflächennah.

Aktuelle Veröffentlichungen:

  • R.A. Wilhelm, A.S. El-Said, F. Krok, R. Heller, E. Gruber, F. Aumayr, and S. Facsko,

     Highly charged ion induced nanostructures at surfaces by strong electronic excitations 

     Prog. Surf. Sci. 90, 377 (2015) [doi:10.1016/j.progsurf.2015.06.001]

  • R.A. Wilhelm, E. Gruber, R. Ritter, R. Heller, A. Beyer, A. Turchanin, N. Klingner, R. Hübner, M. Stöger-Pollach, H. Vieker, G. Hlawacek, A. Gölzhäuser, S. Facsko, and F. Aumayr 

     Threshold and efficiency for perforation of 1 nm thick carbon nanomembranes with slow highly charged ions 

     2D Mater. 2, 1 (2015) [doi:10.1088/2053-1583/2/3/035009].

  • R.A. Wilhelm, E. Gruber, R. Ritter, R. Heller, S. Facsko, and F. Aumayr 

     Charge Exchange and Energy Loss of Slow Highly Charged Ions in 1 nm Thick Carbon Nanomembranes 

     Phys. Rev. Lett. 112, 153201 (2014) [doi:10.1103/PhysRevLett.112.153201].

  • A.S. El-Said, R. Heller, R.A. Wilhelm, S. Facsko, and F. Aumayr 

      Surface modifications of BaF2 and CaF2 single crystals by slow highly charged ions 

      Appl. Surf. Sci. 310, 169 (2014) [doi:10.1016/j.apsusc.2014.03.083].

  • Ritter, R., Wilhelm, R.A., Stöger-Pollach, M., Heller, R., Mücklich, A., Werner, U., Vieker, H., Beyer, A., Facsko, S., Gölzhäuser, A., Aumayr, F.

      Fabrication of nanopores in 1nm thick carbon nanomembranes with slow highly charged ions

      Applied Physics Letters102, 063112, 2013 [doi:10.1063/1.4792511]