Wechselwirkung schneller Fullerene mit Oberflächen
Final Report Abstract
In diesem Projekt standen vor allem die elastischen Eigenschaften der Cluster während des Streuprozesses im Zentrum der Studien. Durch die Wahl der Streu-Geometrie des streifenden Einfalls wird die Wechselwirkungsenergie mit dem Festkörper um ca. vier Größenordnungen reduziert, so dass selbst Cluster mit keV-Energien den Stoßprozess in einem weiten Regime intakt überleben können. Die elastischen Eigenschaften der Cluster konnten dabei über den Austrittswinkel gestreuter Projektile ermittelt und analysiert werden. Dabei zeigen die Cluster bei geringen Energien zunächst generell spekulare Reflexion, was einer hohen Elastizität entspricht. Erst für den Fall, bei dem die Senkrechtenergien einige 10 eV betragen, nimmt der Cluster merkliche Energie in Form interner Anregungen auf und wird deshalb sub-spekular gestreut. In diesen Eigenschaften gleichen Fullerene durchaus einem makroskopischen „Flummy-Ball“, den man zunächst aus geringer Höhe auf eine starre Unterlage fallen lässt und dabei die ursprüngliche Höhe wieder erreicht. Steigert man nun in diesem Fall die Abwurfhöhe, reicht die Elastizität des Mediums nicht mehr aus und ein Teil der Energie geht dissipativ irreversibel verloren. Dieses Szenario ist dem bei der Streuung der Fullerene durchaus vergleichbar. In unseren Untersuchungen konnten wird aber zeigen, dass die Mechanismen der Streuung der Fullerene über diesen simplen Vergleich hinausgehen. Die elektronischen Eigenschaften der Grenzflächen haben einen ausgeprägten Einfluss auf das elastische Verhalten der Cluster. Während für metallische Proben dieser Prozess so ausgeprägt ist, dass die Elastizität bereits bei kleinen Wechselwirkungsenergien von wenigen eV reduziert ist, verläuft die Streuung der Cluster für Isolatoren bis zu einigen 10 eV voll elastisch. Für Isolatoren spielen die elektronischen Mechanismen eine geringe Rolle und die elastischen Eigenschaften der Fullerene können durch Computersimulationen beschrieben werden. Die Beschreibung der Rolle elektronischer Wechselwirkung auf die Elastizität der Fullerene übersteigt die Möglichkeiten des aktuellen Projekts und muss weitergehenden theoretischen Studien überlassen werden. Unsere Studien zum Ladungstransfer während der streifenden Streuung schneller Fulleren- Ionen an Festkörperoberflächen zeigen sowohl bei neutralen als auch negativ geladenen Anteilen im reflektierten Strahl, dass die Fragmentierung der Fullerene diese Ladungsanteile weitgehend bestimmt. Dabei wird der finale Ladungszustand durch die (verzögerte) Fragmentation der angeregten Cluster erklärt, wobei die leichten Fragmente einen Ladungszustand annehmen, für die die größeren Bruchteile und die intakten Cluster nicht stabil sind. Bei den resonanten Elektrontransferprozessen während der Streuung von Cluster-Ionen an Metallen konnte gezeigt werden, dass die Ausdehnung der Cluster im Vergleich zu ein-atomaren Projektilen den Elektronenaustausch maßgeblich beeinflusst.
Publications
- "Effect of target surface on the elastic properties of fast fullerenes". Phys. Rev. B 83 (2011) 233407
S. Wethekam, M. Busch, Ch. Linsmeier, and H. Winter
- "Elasticity, internal excitation, fragmentation, and charge transfer during grazing scattering of fast fullerenes from a KCl(001) surface". Phys. Rev. B 83 (2011) 085423
S. Wethekam, J. Merck, M. Busch, and H. Winter
- Elasticity, internal excitation, and charge transfer during grazing scattering of keV fullerenes from a LiF(100) surface". Nucl. Instr. Meth. B 269 (2011) 1179
S. Wethekam and H. Winter
- "Decoherence in grazing scattering of fast H and He atoms from a LiF(001) surface". Vacuum 86 (2012) 1618
M. Busch, J. Lienemann, J. Seifert, A. Schüller, and H. Winter
(See online at https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.12.012) - "Studies on coherence and decoherence in Fast Atom Diffraction". Nucl. Instr. Meth. B. 350 (2015) 99
J. Seifert, J. Lienemann, A. Schüller, and H. Winter
(See online at https://doi.org/10.1016/j.nimb.2015.01.016)
