Electron emission from insulators upon impact of slow highly charged ions

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Elektronen-Emission von Isolator-Targets bei Beschuss mit sehr langsamen, hochgeladenen Ionen.<br />Die Elektronen-Emission von Leitern wurde in den letzten Jahren sehr gründlich untersucht und ein theoretisches Modell (das classical over-the-barrier, COB Modell) zur Beschreibung der potentiellen Emission (hervorgerufen durch die potentielle Energie des Projektils) wurde entwickelt. Dieses Modell hat sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen gezeigt. Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Ion-Oberflächen Wechselwirkung verspricht Anwendungen in verschiedensten Bereichen von Wissenschaft und Technik, zum Beispiel Fusionsforschung und Nano-Strukturierung. Die vorliegende Arbeit soll einen kleinen Teil zu dieser Forschung beitragen, durch verbesserte und teilweise neue Methoden im Bereich der Elektronen-Emission von Isolatoren und entsprechenden Messungen.<br />Während dem Fortschreiten dieser Arbeit wurden im Wesentlichen alle Stufen eines wissenschaftlichen Projektes durchlaufen: Die Planung des Detektor-Setups, das Ausführen von Simulationen um die Funktionalität des Setups zu überprüfen, Aufbau und Test des Setups, das Durchführen von Messungen und zuletzt, das Auswerten und Interpretieren der Daten.<br />Alle Messungen wurden an einer EBIT (Elektronen-Strahl Ionenfalle) mit angeschlossener Abbrems-Beamline durchgeführt. Xenon-Ionen mit Ladungszuständen von 20+ bis 40+ mit kinetische Energien pro Ladungszustand bis hinunter zu praktisch

The present thesis describes investigations of electron emission from insulating targets under bombardment with very slow highly charged ions. Electron emission from conductors has been thoroughly investigated in the past years and a theoretical model (the classical over-the-barrier model) for the contribution of potential emission (induced by the projectiles potential energy) has been developed and proven to be reliable. Fundamental research in the field of ion-surface interaction promises applications in various branches of science and technology, e.g. fusion research and nano-structuring. The present thesis shall contribute with improved, sometimes new methods in the field of electron emission from insulators and respective measurements.<br />During the advance of the thesis every stage of a scientific project was implemented: Planning the detector setup, conducting simulations to verify its usability, mounting and testing of the setup, measuring and last, evaluating and interpreting the data.<br />All measurements were conducted utilizing an EBIT (electron beam ion trap) and a deceleration beam line. Xenon-ions with charge states from 20+ to 40+ were used as projectiles with kinetic energies per charge state down to virtually