Arbeitsgebiet: Nukleare Festkörperphysik
Ein Überblick
Kernphysikalische Analysemethoden
Bei nahezu allen Untersuchungensmethoden der nuklwaren Festkörperphysik betreibt man Spektroskopie von Gamma- und Teilchenstrahlung aus radioaktiven Zerfällen (Sonden- und Tracermethoden) sowie aus Kernreaktionen und gestreuten Primärstrahlen (Strahlmethoden). Aus den Eigenschaften der detektierten Strahlung (Energiespektrum, Intensität, Richtungsverteilung, Zeitabhängigkeit,...) kann man Informationen über die Zusammensetzung, Struktur und andere Eigenschaften des untersuchten Materials gewinnen. Bei den meisten dieser nuklearen Analyseverfahren handelt es sich um weitgehend zerstörungsfreie Techniken, die zudem oft ein räumliches Auflösungsvermögen im (Sub-)Nanometerbereich besitzen. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Nachweisempfindlichkeit und Element- bzw. Isotopenselektivität aus. Typische Vertreter von Sonden- und Tracermethoden sind die Mössbauerspektroskopie (CEMS, CXMS, TMS), die gestörte Gamma-Gamma-Winkelkorrelation (PAC), die Positronenvernichtung und auch die Myon-Spinresonanz (µSR). Im Bereich der Strahlmethoden werden unter dem Oberbegriff Ionenstrahlanalytik Methoden wie Rutherford Rückstreuspektroskopie (RBS), Analyse elastisch gestreuter Rückstoßteilchen (ERDA), resonante und nicht-resonante Kernreaktionsanalyse (NRA), Teilcheninduzierte Röntgenemission (PIXE), Channeling usw. zusammengefasst. Daneben gibt es aber auch Methoden, bei denen Gamma- und Röntgenstrahlen als Primärstrahlung verwendet wird, beispielsweise bei der Kernresonanzfluoreszenz (NRF) und der Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS).
Materialmodifikation
Neben ihrer Anwendung in der Analytik werden Ionenstrahlen und Elektronenstrahlen häufig auch zur Modifikation von Materialien eingesetzt. Die Ionenimplantation, als ein typischer Vertreter dieser Techniken, ist aus der Prozessführung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen nicht mehr wegzudenken. Neben der Implantation des Ions spielt aber auch die bei der Abbremsung relativ langsamer Ionen (keV/amu) deponierte Energiedichte (nuklearer Energieverlust) und die damit verbundene große Zahl von direkten Atomverlagerungen (bis zu mehreren tausend pro eingeschossenem Ion) eine wichtige Rolle. Diese Energiedesposition kann zu strukturellen Veränderungen (z.B. Amorphisierung, Rekristallisation) oder zu Atomtransport über Grenzflächen hinweg führt (Sputtern, Ionenmischen). Auch bei sehr hohen Strahlenergien (> MeV/amu), wo direkte Atomverlagerungen nur noch eine untergeordnete Rolle spielen und die kinetische Energie des Ions im wesentlichen durch elektronische Anregung und Ionisation deponiert wird (elektronischer Energieverlust), kommt es zu einer sehr hohen lokalen Anregung des Festkörpers und in vielen Fällen zu einer Veränderung seiner Struktur (Ionenspuren). Diese Effekte können zu großen und technologisch sehr interessanten Veränderungen der Eigenschaften des bestrahlten Materials führen (Oberflächenhärtung, Bruchfestigkeitsverbesserung, Spannungsrelaxation in dünnen Schichten, lokale Änderungen der Brechzahl, Bildung von Hochtemperatur- und Hochdruckphasen, usw).
Themenschwerpunkt
Wir untersuchen in unserer Arbeitsgruppe insbesondere atomare Transportprozesse, die bei der Bestrahlung von Dünnschichtsystemen mit hochenergetischen schweren Ionen aufgrund der elektronischen Energiedeposition verursacht werden. Die Bestrahlungen mit schweren Ionen von einigen 100 MeV Energie werden an den Beschleunigeranlagen von Großforschungseinrichtungen im In- und Ausland durchgeführt. Zusätzlich zu den Hochenergieexperimenten widmen wir uns der Materialmodifikation mit langsamen hochgeladenen Ionen. Eine Bestrahlungskammer an der institutseigenen Electron-Zyclotron-Resonanzquelle wird derzeit aufgebaut.
Aktuelle Arbeiten:
Strukturänderung von Ober- und Grenzflächen dünner Schichten unter Ionenbestrahlung
Beispiele:
- Swift Heavy Ion Induced Modification of Semimetal- and Halogenide-Coatings
PIANO 2005 Frankreich - Swift Heavy Ion Induced Phase Formation at NiO/Si-Interfaces
SHIM 2005, Aschaffenburg - Smoothing of Fe/Au- and Fe/Ag-Multilayers by Swift Heavy Ion Irradiation
SHIM 2005, Aschaffenburg - Smoothing, compaction, mixing and sputtering of semi-metal and halogenide coatings
SHIM 2005, Aschaffenburg - Smoothing, mixing and sputtering of semi-metal and halogenide coatings
Indo-German Worshop 2005, Neu Delhi, Indien - Decoration of Swift Heavy Ion Tracks in Nickel-Oxide with Gold Atoms
REI 2004, Brasilien
Instabilität und Selbstorganisation von Oberflächen und dünnen Schichten unter Ionenbestrahlung
Beispiele:
- Dewetting of thin Oxide-Films on Silicon under Swift Heavy Ion Bombardment
PIANO 2005 Frankreich - Nanostructures created by Swift Heavy Ions
Nanotechnik-Meeting 2003 Stuttgart - Selbstorganisation Dünner Schichten unter Hochenergie-Ionenbestrahlung
- Selbstorganisation von NiO/SiO2-Schichtpaketen unter Hochenergie-Ionenbestrahlung
DPG-Frühjahrstagung 2002
Bestrahlungsinduziertere Grenzflächendurchmischung in metallischen, oxidischen und nitridischen Schichtpaketen
Beispiele:
- Mixing of solid interfaces by swift heavy ions,
DPG Frühjahrstagung 2003 - Nanostructures created by Swift Heavy Ions
Nanotechnik-Meeting 2003 Stuttgart - High energy ion beam mixing of oxide ceramics
EuNITT 2002, Cean France - Interface Mixing in Ni3N/SiX Bilayers Induced by Swift Heavy Ions
ICNTS 2002, Delhi, India
Nukleare Festkörperphysik:
Der Schwerpunkt unserer Arbeit liegt auf der Anwendung energetischer schwerer Ionen zur Modifikation und Strukturierung von Dünnschichtsystemen.
Themengebiete:
- Grenz- und Oberflächenmodifikation durch einzelne Ionen
- Strahlenschädigung und Amorphisierung von Keramiken und Halbleitern
- Geführte Selbstorganisation von Nano-Strukturen durch schnelle Schwerionen
- # Entnetzung dünner Schichten durch Hochfluenzbestrahlungen
- # Bestrahlungsinduzierter Atomtransport und Festkörperreaktionen

Aktuell:
- Ortsaufgelöste Implantation einzelner Dotieratome
- Inbetriebnahme einer Channelingapparatur zur Bestimmung von Strahlenschäden
- Amorphisierung von Si und SiO2 in Abhängigkeit von der Ionenladung
Bei Interesse an einer Diplom- Masters- Zulassungs- oder Doktorarbeit wenden Sie sich an:
