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Nanostrukturen und Grenzflächen Vortrag: Mi., 11:00–11:30 M-V9
Instabilität und Selbstorganisation bei der Bestrahlung von Schichtpaketen
mit hochenergetischen Ionen
Wolfgang Bolse 1
1 Institut für Strahlenphysik, Universität Stuttgart
Energetische Ionen sind ein Werkzeug mit einzigartigen Eigenschaften zur Erzeugung
von Nano- und Submikrometerstrukturen auf oder in der Nähe der Oberfläche von
Festkörpern. Bei seiner Abbremsung wird ein großer Teil der kinetischen Energie des
Ions nahezu instantan in ein hochlokalisiertes Volumen von nm-Dimensionen (zumindest
in lateraler Richtung) im Festkörper deponiert. Die dabei erreichte Energiedichte
übersteigt bei weitem die Bindungsenergien im Festkörper und resultiert in einer
nano-skaligen Zone mit extremen Nicht-Gleichgewichtsbedingungen. Da dies in einer
kalten Umgebung stattfindet, kühlt die angeregte Zone innerhalb weniger 10 bis 100 ps
wieder ab. Derart intensive, hochlokalisierte und extrem kurze Festkörperanregungen
werden von keiner anderen Methode zur Materialmodifikation erreicht. Einzelne Ionen
können daher dazu verwendet werden, Nicht-Gleichgewichtsstrukturen mit neuartigen
physikalischen Eigenschaften direkt auf einer nm-Skala zu erzeugen, die dann als Ausgangsbasis
für funktionelle Nano-Strukturen dienen. Einzelionenbestrahlung ist aber
nicht der einzige Weg zur Erzeugung von von Nano- bzw. Submikrometerstrukturen
mit energetischen Ionen. Erhöht man die Ionenfluenz und damit die Dichte der durch
Ioneneinschläge modifizierten Bereiche, so führt die Wechselwirkung und der Überlapp
dieser Zonen oft zu Oberflächeninstabilitäten und Selbstorganisationseffekten, in deren
Folge großflächige und oft periodische, nanometrische Muster und Strukturen entstehen,
deren Eigenschaften weit über eine einfache Superposition der Einzelioneneffekte
hinaus gehen. In diesem Beitrag sollen einige kürzlich erzielte Ergebnisse zu Instabilitäten
und Selbstorganisationsprozessen in Dünnschichtsystem unter Bestrahlung mit
hochenergetischen Ionen (MeV/amu) und ihre potentielle Anwendung zur Herstellung
großflächiger Anordnungen von maßgeschneiderten Nano- und Submikrometerstrukturen
diskutiert werden.