Nanodefektproduktion an Isolatoren durch hochgeladene Ionen

Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) soll an einkristallinen Isolatoroberflächen die Erzeugung von Nanodefekten untersucht werden, welche beim Beschuß solcher Oberflächen im Ultrahochvakuum (UHV) mit langsamen hochgeladenen Ionen entstehen können. In einer 1. Projektphase sollen entsprechende Messungen in einer UHV-Kammer am Institut für Allgemeine Physik der TU Wien durchgeführt werden. Diese Stoßkammer soll mit einem neu anzuschaffendem AFM (OMICRON UHV AFM/STM) ergänzt werden, das zur Zeit das einzige Gerät seiner Art ist, das im UHV im "non-contact mode" arbeiten kann. Geeignete Isolatoroberflächen werden im UHV präpariert und definiert, um anschließend mit langsamen hochgeladenen Ionen aus der 5 GHz-ECRIS-Ionenquelle des Institutes für Allgemeine Physik bestrahlt zu werden. Die AFM-Kammer wird mit einer lonenpumpe evakuiert, um einwandfreie AFM-Bedingungen zu ermöglichen. Ober einen Seitenflansch können Proben zwecks externer Bestrahlung (s.u.) ein- und ausgeschleust werden, womit auch Zugang anderer Arbeitsgruppen zum beantragten AFM-Gerät möglicht wird. In einer 2. Projektphase sollen Probenbestrahlungen mit höher geladenen Ionen als in Wien zur Verfügung stehend durchgeführt werden; dies könnte z.B. an der EBIT -Hochladungsionenquelle des Lawrence Livermore National Laboratory (USA) erfolgen, wo bereits frühere Kooperationen des Antragstellers durchgeführt worden sind. In einer 3. Projektphase ist geplant, ähnliche Messungen wie in der 1. Projektphase an Einkristallisolatoroberflächen durchzuführen, welche mit regulären Mustern von Metallclustern in variabler Größe bedeckt worden sind ("selbstorganisierte" Cluster). Zu diesem Zweck könnte z.B. NaCl, das infolge Elektronenbeschuß mit kolloidalen Na-Clustern bedeckt wird (oder andere Alkalihalogenidkristalle) als Targetoberfläche herangezogen werden, oder eine mit Silberclustern bedeckte Saphiroberfläche, deren Produktion von neuesten Forschungsarbeiten über fortgeschrittene Katalysatoroberflächen bekannt ist.

Mit atomar aufgelöster Oberflächenbeobachtung mittels STM (Rastertunnelmikroskopie), STS (Rastertunnelspektroskopie), Kontakt- and Nicht-Kontakt-AFM (Atomkraftmikroskopie) wurden kleinste Schäden durch Einschläge von langsamen mehrfach geladenen Ionen ("Potentialzerstäubung") studiert. Zu diesem Zweck mussten die Kristalloberflächen sorgfältig gereinigt und mit langsamen Elektronen zur Verhinderung von Oberflächenaufladung beim Ionenbombardement geflutet werden. Die Proben wurden in einem "UHV-Koffer" zwischen der Ionenbestrahlungskammer und dem AFM transferiert, um störende Schwingungen bei den AFM- Messungen zu verhindern. Bestrahlung mit Ionen bestimmter kinetischer Energie in verschiedenen Ladungszuständen ergab eindeutig unterschiedlich grosse Defekte, womit die Potentialzerstäubung für bestimmte Isolatorkristalloberflächen erstmals eindeutig nachgewiesen werden konnte. Nunmehr sollen weitere systematische Beobachtungen für interessante Isolatoreinkristalle wie SiO2 and Al2 O3 gemacht werden. In einer Kollaboration mit M. Arndt und A. Zeilinger (Univ. Wien) soll Muster von grossen Molekülen mittels AFM nachgewiesen werden, die bei quantenoptischen Beugungsexperimenten auf geeigneten Substraten entstehen. Mit P. Scheier (Univ. Innsbruck) wollen wir mittels STM auf mit kleinen Siliziumteilchen beschichteten Graphitsubstraten hochaufgelöst in grauen Skalen schreiben lernen. Im Rahmen des neuen FWF- Projektes P16178 PHY (Leitung F. Aumayr) wird das Wachstum an "Nanodots" untersucht, welche durch Ionenbeschuss von Wasserstoff-terminierten Siliziumoberflächen entstehen. Schließlich wollen wir an einem neuen "I3-Netzwerk" betr. "Surface-, thin film- and interface nanostructuring" im 6. EU-Rahmenprogramm teilnehmen.