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Ionenspuren

Beim Durchqueren eines Festkörpers gibt ein schnelles Ion seine kinetische Energie fast vollständig an die Festkörperelektronen ab, was zur vollständigen Ionisation der leichten Festkörperatome auf seinem Weg führen kann. Entlang der Flugbahn eines schweren Ions bildet sich kurzzeitig ein stark positiv geladener, zylindrischer Bereich aus. Nach einer vom Material abhängigen Zeit füllen dann extrem heiße Elektronen diesen Bereich auf. Die Umwandlung der elektronischen Anregungsenergie in kinetische Energie der Festkörperatome erfolgt je nach dominantem Mechanismus (z.B. Coulomb-Explosion der positiv geladenen Spur oder Elektronen-Stöße mit Gitter-Atomen) im Zeitbereich zwischen 10-14 und 10-12 s. Da die heiße Ionenspur einen Durchmesser von nur wenigen Nanometern hat, erfolgt auch die atomare Abkühlung außerordentlich schnell. Dabei können schon nach 10-11 s chemische und auch strukturelle Modifikationen entstehen. Dies sind z.B. Dichteänderungen, Phasenumwandlungen oder Krater.

Ausmaß und Art der resultierenden Schäden hängen entscheidend von den elektronischen und thermischen Eigenschaften des Festkörpers ab. Während elektronische Anregungen in vielen Metallen und Halbleitern schnell ausheilen, entstehen in den meisten Isolatoren dauerhafte Ionenspuren. Viele überlappende, aber auch einzelne isolierte Spuren verändern elektrische, magnetische, optische oder chemische Eigenschaften von Festkörpern und eröffnen neuartige wissenschaftliche und technologische Anwendungen.

Ziel der aktuellen Forschungsarbeiten ist es, die Bedeutung der verschiedenen Mechanismen für die Ionenspurbildung aufzuklären.
Quelle: Physik mit Ionenstrahlen - Innovative Forschung in Deutschland

















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