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Dr. Stefan Facsko
Head IBA/OSA
Head Ion Induced Nanostructures
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Potentielle Energie hochgeladener Ionen

Unter der potentiellen Energie eines Ions versteht man die Summe der Bindungsenergien der fehlenden Elektronen. Mit jeder Ionisation eines weiteren Elektrons steigt die potentielle Energie und kann bei Ionen mit hohen Ladungszuständen Werte von einigen 10 bis einigen 100 keV annehmen.

Potentielle Energie hochgeladener Ionen 

Abb.1: Potentielle Energie für drei verschiedene Elemente (Ar (rot), Xe (blau) und U (grün)) als Funktion des Ladungszustandes.

Der Energieeintrag in Festkörperoberflächen kann mittels kalorimetrischen Messungen bestimmt werden. Der so bestimmte Anteil eingetragener potentieller Energie für Argon-Ionen verschiedener Ladungszustände ergibt einen mittleren Wert von 80%. 

Zusätzlich zu kalorimetrischen Messungen können auch besonders dünne Probenmaterialen benutzt werden um Messungen des Ladungszustandsverlustes (Umladungen) und des kinetischen Energieverlustes durchzuführen. Hierfür sind freistehene Kohlenstoffnanomembranen mit einer Dicke von lediglich 1nm verwendet worden. Es konnte gezeigt werden, dass langsame hochgeladene Ionen nach dem Durchgang durch eine 1nm dünne Kohlenstofffolie noch nicht vollständig neutralisiert sind. Sie deponieren also nur einen Teil ihrer potentiellen Energie in dieser Dicke. Außerdem hängt der Verlust an kinetischer Energie stark vom Ladungszustand des Ions ab, d.h. potentielle und kinetische Energiedeposition sind miteinander verknüpft.

Energieverlust hochgeladener Ionen in Kohlenstoffnanomembranen

Abb. 2: Energieverlust als Funktion des Ladungszustandsverlustes (Verlust an potentieller Energie) beim Durchgang von hochgeladenen Xenonionen durch eine 1nm dünne Kohlenstoffmembran.