Wechselwirkung von Ionenstrahlen mit Festkörperoberflächen

Das Ionenstrahlzentrum, das vom IIM betrieben wird, hat eine lange Tradition in der Untersuchung der Wechselwirkung von Ionen mit Festkörpern. Ohne grundlegendes Verständnis der Abbremsung von Ionen und der dadurch hervorgerufenen Veränderung in den bestrahlten Materialien können ionenstrahlbasierte Methoden nicht effizient weiterentwickelt werden. Insbesondere bei der Nutzung von hochgeladenen und niederenergetischen Ionen sind die Prozesse der Energiedeposition und -relaxation noch nicht vollständig verstanden, da sie im Nicht-Gleichgewicht direkt an der Oberfläche stattfinden. Solche Prozesse können durch Untersuchungen der Transmission von hochgeladenen Ionen durch ultradünne Schichten, wie z.B. 2D Materialien, und durch Untersuchung von Oberflächenmodifikationen nach Einzelionenbeschuss und kontinuierlicher Erosion untersucht werden. In Kombination und mithilfe von atomistischen Simulationen können diese Beobachtungen das Verständnis der Ionenwechselwirkung in diesem Bereich erweitern und damit die besten Bedingungen für die Dotierung bzw. Defekterzeugung von 2D Materialien bzw. für Oberflächen­modifikationen vorhersagen.

Im Gegensatz zur großflächigen Bestrahlung bieten fokussierte Ionenstrahlen die Möglichkeit der gezielten lokalen Modifikation und Defekterzeugung bis hin zur deterministischen Einzelionen­implantation. Flüssigmetallionenquellen können dabei genutzt werden, um ein breites Spektrum von Dotieratomen zur Verfügung zu stellen, während im Ionenmikroskop He und Ne Ionenstrahlen mit 1-3 nm Durchmesser zur lokalen Modifikation genutzt werden können. Die Wechselwirkung fokussier­ter Strahlen mit Nanostrukturen ist dabei ebenfalls noch nicht im Detail verstanden, da hierbei Randbedingungen ins Spiel kommen, die zu komplexem Verhalten führen können, z.B. inhomogener Dotierung oder Formänderung. Simulationen der Kollisionskaskade in 3D können hierbei helfen die experimentellen Beobachtungen zu interpretieren.

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