3. Elektronenemission bei streifender Streuung an einer Al(111) Oberfläche
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Die Ursache der geringeren Elektronenausbeuten bei der streifenden Streuung an Metalloberflächen im Vergleich zu Isolatoren, wie in Abb. 6 am Beispiel der Streuung von He0 an LiF(001) und Al(111) unter 1,9° demonstriert, ist in einem anderen Mechanismus für Elektronenemission zu suchen.



Abb. 6: Elektronenausbeuten bei der Streuung von He0 unter 1,9° an LiF(001) und Al(111)

Im Gegensatz zu LiF werden bei Al keine diskreten Strukturen in den Energieverlustspektren erwartet. Dies ist auf die elektronischen Eigenschaften von Al zurückzuführen, die Anregungen von Valenzbandelektronen ohne Schwelle zulassen. In Abb. 7 ist ein 2D-Spektrum für die Streuung von 5 keV He0 an Al(111) unter einem Einfallswinkel von 1,88° dargestellt.



Abb. 7: Koinzidentes TOF-Elektronenzahl-Spektrum für die Streuung von 5keV He0 an Al(111) unter 1,88°

Weder im Signal für Ereignisse ohne Elektronenemission noch mit Emission eines Elektron sind Signals diskrete Strukturen zu erkennen.

Aufgrund der zuverlässigen Bestimmung kleiner Elektronenausbeuten ist es möglich, das Schwellenverhalten der Elektronenemission zu studieren. In Abb. 8 ist als ein Resultat unserer Untersuchungen die Elektronenausbeute als Funktion der Projektilgeschwindigkeit für die Streuung von He0 an Al(111) unter einem Einfallswinkel von 1,88° dargestellt.



Abb. 8: Elektronenausbeute an der kinetischen Schwelle für die Streuung von He0 an Al(111) unter 1,88°

Die durchgezogene Kurve zeigt den besten Fit an ein Schwellenmodell, das auf elektronischen Phasenraumbetrachtungen für das Valenzband und einer klassischen Binärstoß-Dynamik beruht. In diesem einfachen Modell wird die effektive Phasenraumdichte durch das



Abb. 9: Schematische Darstellung einer verschobenen Fermikugel im Impulsraum

Modell der verschobenen Fermi-Kugel im Impulsraum abgeschätzt. In Abb. 9 wird dieses Prinzip der Verschiebung der Fermi-Kugel verdeutlicht. Durch das Projektil mit dem Impuls q wird der Elektronenimpuls k verändert und die Fermi-Kugel um den Betrag des Projektilimpulses verschoben. Ist diese Verschiebung ausreichend bezüglich Vakuumenergien, können Elektronen emittiert werden. Da die Elektronenemission in diesem Modell proportional zum Kugelkappenvolumen der verschobenen Fermi-Kugel über der Vakuumenergie ist, ergibt sich eine zur Projektilgeschwindigkeit quadratische Abhängigkeit der Elektronenausbeute an der Schwelle. Trotz der Vereinfachungen des Modells (z.B. keine Transportphänomene angeregter Elektronen) können die experimentellen Daten gut mit dem Modell beschrieben werden (Abb. 8). Somit sind die Mechanismen der kinetisch induzierten Elektronenemission aus Metallen und Isolatoren mit großer Bandlücke grundsätzlich verschieden (S. Lederer et al., Phys. Rev. B 67 (2003) 121405 (R), H. Winter and HP. Winter, Europhys. Lett. 62 (2003) 739).

Die im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Studien haben maßgeblich zur Aufklärung der Elektronenemissions-Mechanismen beigetragen und erklären die effektivere Emission von Elektronen aus Isolatoroberflächen im Vergleich zu Metallen.

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