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Elektronentemperatur im Zentrum von Ionenspuren in Metallen
Elektronentemperatur im Zentrum von Ionenspuren in Metallen
Staufenbiel, Friedrich
Fak. 2 Mathematik und Naturwissenschaften
Es wurden hochaufgeloeste Energiespektren der Auger-Elektronenemission bei der Wechselwirkung von schnellen Schwerionen mit metallischen Festkoerpern gemessen. Mit Hilfe dieser Spektren ist eine Ueberpruefung des Thermal-Spike- und des Coulomb-Explosionsmodells moeglich, welche die Ausbildung von Ionenspuren in Festkörpern beschreiben. Der zentrale Punkt der Untersuchung besteht in der Bestimmung der Elektronentemperatur nach dem direkten Energieeintrag eines Projektilions. Die Elektronentemperatur wird dabei aus der Form der Auger-Elektronenspektren extrahiert. Messungen an Aluminium, Beryllium und metallischen Glaesern ergaben Temperaturen von ca. 10 000 bis 100 000 Kelvin entsprechend der Auger-Zerfallszeit, die in der Groessenordnung von etwa 10 fs liegt. Ionenspurpotentiale konnten fuer die metallischen Proben nicht festgestellt werden, da die gut beweglichen Metallelektronen diese Potentiale sehr schnell neutralisieren koennen. Eine Coulomb-Explosion ist somit nicht moeglich. Materialaenderungen innerhalb der Ionenspur koennen fuer Metalle deshalb nur durch die heissen Elektronen und einen ''Thermal-Spike'' entstehen. Weiterhin wurde die Winkelverteilung von schwerioneninduzierten emittierten Auger-Elektronen fuer Aluminium- und Beryllium-Proben erstmalig untersucht. Dabei wurden signifikante Ionenspureffekte gefunden. Im hochangeregten Elektronensystem kann eine Verringerung der mittleren freien Wegaengen erfolgen. Durch die Geometrie der Ionenspur und des atomaren Gitters koennen dann Emissionsrichtungen der Auger-Elektronen unterdrueckt werden. Es wurde somit erstmals ein deutlicher Einfluss der hohen Projektilladung auf das Elektronensystem von Metallen nachgewiesen.
High resolution Auger-electron spectra have been measured for the interaction of swift heavy ions with metallic solids. These spectra allow for a test of the thermal-spike and Coulomb-explosion models, which describe the evolution of ion tracks in solids. The key point of this investigation is the determination of electron temperatures resulting from the energy transfer by the projectile ion. Electron temperatures have been extracted from the shapes of the Auger-line structures. Measurements have been performed for aluminium, beryllium, and several metallic glasses, resulting in electron temperatures between 10 000 and 100 000 K for Auger decay times around 10 fs. There was no significant sign of heavy-ion-track potentials for the metallic samples. Conduction band electrons do neutralize the atomic charges so fast that Coulomb explosion and the corresponding Auger-energy shifts are impossible. Thus, materials modifications inside ion tracks of metals may result only from the hot electrons described in the thermal-spike model. Furthermore, angular distributions of ion-induced Auger electrons from beryllium and aluminium have been measured for the first time and significant ion-track effects have been found. In a highly excited electron system the mean free electron path-length may be reduced. The geometry of the ion track as well as of the crystal leads then to a suppression of Auger-electron yields along specific directions. In conclusion, a significant influence of the highly charged projectile on the electronic system of metals has been determined in this work for the first time.
