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Die Bestrahlung mit Ionen spielt heute in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eine wichtige Rolle. Dazu gehört auch die Grundlagenforschung in der Physik, bei der die Wechselwirkungsprozesse, die zu Oberflächenveränderung führen, untersucht werden, um diese Wechselwirkungen auf einer fundamentalen Ebene besser zu verstehen und so einen Beitrag zu leisten, um die technologischen Anwendungen weiter zu verbessern. Insbesondere für die Nanostrukturierung von metallischen Oberflächen mit der potentiellen Energie eines langsamen hochgeladenen Ions (HCI) und für die Reproduktion dieser Effekte mit verschiedenen Ionenspezies wie Cluster-Ionen sind viele relevante Effekte noch nicht vollständig verstanden und verlangen daher nach weiterer experimenteller Forschung. Darüber hinaus sorgt der Mangel an experimentellen Messungen des Zeitregimes der Prozesse, die nach dem Auftreffen eines Ions auf ein Target ablaufen, dass die Untersuchungen der Ionen-Festkörper-Wechselwirkungen weiter voranschreiten, wobei man bei der Erzeugung von sub-ns-Pulsen mit einer Vielzahl an Herausforderungen konfrontiert ist.Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Experimente aufgebaut und durchgeführt, um zwei Möglichkeiten zu untersuchen, die eine variable Veränderung von Oberflächen ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden die Bestrahlung von Gold-Nanoinseln mit HCIs und die Bestrahlung einer CaF2(111)-Oberfläche mit Cluster-Ionen mittels entsprechender Experimente untersucht. Gleichzeitig wurde ein Experiment aufgebaut mit dem Ziel, gepulste Ionen im ps-Bereich zu erzeugen, die in zukünftigen Pump-Probe- Experimenten eingesetzt werden können.Für das erste Experiment wurde eine CaF2(111)-Oberfläche als gut etabliertes Targetsystem verwendet. Um die Möglichkeit zu untersuchen, die auf CaF2 nach HCI- Bestrahlung gefundene Nanostrukturen zu reproduzieren, werden in dieser Arbeit Goldcluster-Ionen Aua+ (a= 1-10) mit konstanter kinetischer Energie zur Bestrahlung einer CaF2(111)-Oberfläche verwendet. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die gleichen Nanostrukturen, die nach der Bestrahlung mit HCIs beobachtet wurden, auch nach der Bestrahlung mit Cluster-Ionen auf CaF2 zu sehen sind, wobei die Größe der Strukturen von der Clustergröße abhängt. Die Abwesenheit potenzieller Energie im Vergleich zu einer Energiedeposition, die mit der eines langsamen hochgeladenen Ions vergleichbar ist, würde eine vergleichbare Nanostrukturierung auf metallischen Oberflächen ermöglichen.Das zweite im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Experiment ist fokussiert auf den geomterischen Einschluss der eingebrachten potentiellen Energie einer HCI-Bestrahlung. Da eine Beschränkung der Ausbreitung von elektrischen Anregungen, wie sie in Isolatoren und Halbleitern vorkommt, in Metallen nicht möglich ist, besteht die Neuheit dieses Experiments darin, eine geometrische Begrenzung zu erreichen, indem die be- strahlte Probe auf Nanometergröße reduziert wird. Dies kann mit dreieckförmigen Gold-Nanoinseln mit Seitenlängen von 15-40 nm erreicht werden. Eine zusätzliche Entkopplung vom darunter liegenden Substrat wird durch die schwach gebundenen (van- der-Waals-Bindungen) Nanoinseln erreicht, die den größten Teil der Wärme- und Elektronenableitung durch das Substrat verhindern und so den Energieeinschränkungseffekt verstärken. Mit diesen speziellen Gegebenheiten des Targets kann ein potenzieller Energieeinschluss erreicht werden, der zur Erosion von metallischen Nanoobjekten führt, die von der potenziellen Energievariation des auftreffenden HCI’s abhängt. Bei hohen Ladungszuständen, wie z. B. Xe40+, sind zusätzliche Schmelzeffekte zu beobachten, die einen neuen Weg zur variablen Erosion metallischer Targets mit HCIs aufzeigen, die sich ausschließlich auf die im HCI gespeicherte potenzielle Energie stützen.Um einen Einblick in die Prozesse auf der Zeitskala zu erhalten, die die Nanostrukturierung auslösen, ist ein Pump-Probe-Experiment unerlässlich. Frühere theoretische Modelle, die in Simulationen umgesetzt wurden, gingen davon aus, dass die Zeit, die zur Erzeugung von Nanostrukturen auf Oberflächen durch Ionenbestrahlung benötigt wird, im Pikosekundenbereich liegt. Daher werden Ionenpulse mit Pulsbreiten im gleichen Zeitbereich benötigt, um die Zeitskala solcher Wechselwirkungen effektiv messen zu können. Der zweite Teil dieser Arbeit umfasst die Entwicklung eines Versuchsaufbaus, bei dem eine kompakte Elektronenstrahl-Ionenquelle so angepasst wird, dass sie gepulste Ionen im Pikosekundenbereich erzeugt. Dazu wird ein fs-Laser auf die Kathode im Inneren der Elektronenstrahl-Ionenquelle fokussiert, wodurch gepulste Elektronen erzeugt werden, die anschließend gepulste Ionen erzeugen. Pulsbreiten im 500 ps- Bereich, die ohne weitere Optimierung hinsichtlich Energie und/oder räumlicher Filterung erzeugt werden, werden mit einer Ionentrajektorien-Simulation verglichen und validiert. Simulationen mit optimierten Einstellungen sagen Pulsbreiten im einstelligen ps-Bereich voraus, was die Tür zu Pump-Probe-Experimenten für Ionen-Festkörper- Wechselwirkungen öffnet.
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