1. Experimenteller Aufbau
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Für die Untersuchungen zur Elektronenemission und zum Energieverlust streifend an Oberflächen gestreuter Projektile steht dem Projekt ein 30keV Ionenbeschleuniger zur Verfügung. Durch Verwendung einer Hohlkathoden-Entladungs-Ionenquelle wird eine Energieschärfe von dE/E ≈ 10-3 erreicht. Diese hohe Auflösung ist insb. bei der Streuung an Isolatoren wichtig, um die Reaktionskanäle auflösen zu können.

In Abb. 1 ist der verwendete experimentelle Aufbau schematisch dargestellt. Nach der Massenseparation wird der Ionenstrahl in einem Gastarget neutralisiert. Nach der Streuung an der Targetoberfläche werden die Projektile mit Hilfe eines CEM („channelplate electron multiplier“) registriert. Die bei der Wechselwirkung mit der Oberfläche entstehenden Elektronen werden über ein hochtransparentes Gitter abgesaugt, auf 25 keV beschleunigt und auf einen Halbleiterdetektor („surface barrier detector“, SBD) fokussiert. Die Zahl der pro Projektile ausgelösten Elektronen kann aus der Impulshöhenverteilung des Halbleiterdetektors ermittelt werden.



Abb. 1: Skizze des verwendeten experimentellen Aufbaus

In unserem TOF-Aufbau dient das Signal am CEM als Startpuls für einen TAC, der durch das verzögerte Signal zur Strahlpulsung gestoppt wird. Das Ausgangssignal des TAC wird digitalisiert und danach in einer Speichereinheit abgelegt, dessen Adresse von der Pulshöhe des SBD mittels eines zweiten ADC abgeleitet wird. Ein Signal wird abgespeichert, wenn ein Projektil am CEM nachgewiesen wird. Für Ereignisse ohne Elektronenemission sind die Daten mit den Rauschpulsen des SBD korreliert. Durch den Nachweis von Ereignissen ohne Elektronenemission ist es möglich, sehr kleine Elektronenausbeuten zu bestimmen. Aufgrund der hohen Detektoreffizienz von 98% des Elektronendetektors sind Korrekturen der Effizienz an den Spektren klein und können in der Regel vernachlässigt werden (A. Mertens et al., Nucl. Instr. Meth. B 182 (2001) 23).

In Abb. 2 ist das Prinzip der Koinzidenz anhand einer Messung erklärt. Bei der Flugzeitmessung werden TOF-Spektren aufgenommen (rechtes unteres Bild).Ein Impulshöhenspektrum des Elektronendetektors ist im linken oberen Abschnitt der Abbildung zu sehen. Durch eine Kombination aus beiden Spektren entstehen 2D-Datensätze (rechter oberer Teil), die es erlauben, die einzelnen Wechselwirkungsmechanismen zu identifizieren.



Abb.2: Schema der Koinzidenz

In dem 2D-Datensatz sind diskrete Strukturen zu erkennen. Die oberste Zeile repräsentiert Streuereignisse ohne Elektronenemission. Das erste (linke) Signal dieser Zeile stammt von elastischer Streuung der Projektile an der Oberfläche. Der zweite Peak wird aufgrund seines Energieverlustes der Anregung eines Oberflächenexzitons zugeschrieben (P. Roncin et al., Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 864). Weitere Peaks stehen für die Produktion mehrere Exzitonen. Das erste Signal der Zeile für die Emission eines Elektrons zeigt im Vergleich zum elastischen Energieverlust einen Energieverlust von ca. 13 eV, was im LiF der Energie entspricht, ein Elektron aus dem Valenzband ins Vakuum zu befördern. Die weiteren Peaks dieser Zeile können aufgrund ihres Energieverlustes der zusätzlichen Produktion von einem bzw. mehreren Exzitonen zugeordnet werden.

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