title: Nanostructuring of surfaces by swift heavy ion impacts under grazing incidence
Creators: name: Bergen, Lorenz
Publisher: name: TU Wien
Year: 2016
Subjects: subject: Experimentalphysik
subject: Oberflächenphysik
subject: Schwerionen
subject: Nanostrukturen
subject: Nanotechnologie
subject: experimentalphysics
subject: surface science
subject: swift heavy ions
subject: nanostructures
subject: nano technology

description: Die Bestrahlung von Festk rpern mit schnellen Ionen kann zu einer dauerhaften Mo- difizierung der Oberfla -chen und der darunterliegenden Schichten im nanoskaligen Bereich fu -hren. Bei genu -gend hoher kinetischer Energie erzeugt jedes einzelne Ion eine gerade, bis zu einige -m lange Spur im Volumen des Targetmaterials mit Erhebungen oder Vertiefungen von einigen Nanometern an der Aufprallstelle. Im Gegensatz zu vielen anderen Studien in denen die Bestrahlung normal auf die Probenoberfl -ache durchgefu -hrt wurde, wurden unsere Proben unter streifenden Ein- fall zwischen 0,2- und 2- relativ zur Oberfla -chenebene bestrahlt. Die Bestrahlungen fanden an der IRRSUD Anlage in GANIL (Caen, Frankreich) mit Blei- und Xenon- Ionen bei kinetischen Energien zwischen 23 MeV und 100 MeV statt. Hochaufl sende Rasterkraftmikroskopie wurde im Tapping-Mode betrieben, um die Topographie der Nanostrukturbildung auf verschiedenen Oberfla -chen (SrTiO3, TiO2, CaF2 und Mica/Glimmer) zu vergleichen. Aufnahmen mit dem Mikroskop der verschiedenen Proben zeigen dabei eine starke Materialabh -angigkeit. Wa -hrend auf SrTiO3 und TiO2 die bereits fru -her beobachteten Hillock-Ketten identifiziert wurden, zeigen CaF2 und Glimmer u -berraschenderweise eine andere Art der Oberfla -chen- modifizierung, n -amlich die Ausbildung einer Doppelspur bestehend aus einzelnen Hu -gelchen die schließlich in eine einzelne Spur u -bergeht. Zwischen den beiden Ketten ist eine grabenartige Vertiefung ausgebildet. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit war es, den Einfluss der Bestrahlungsparam- eter auf die Nanostrukturierungen, insbesondere auf die Doppelspuren, zu unter- suchen. Dabei wurden systematische Messungen bei verschiedenen Einfallswinkeln vorgenommen. Weiters konnte die Abha -ngigkeit von der Oberfla -chentemperatur untersucht werden, indem CaF2 und Glimmerproben w -ahrend der Bestrahlung auf 400 -C geheizt wurden. Um den Einfluss des Energieverlusts auf die Ionen-induzierten Nanostrukturen zu untersuchen, wurden Glimmerproben mit Ionen fu -nf unterschiedli- cher kinetischer Energien zwischen 23 MeV und 100 MeV bestrahlt, um einen Schwell- wert fu -r die Nanostrukturerzeugung unter streifendem Einfall zu finden.
description: The irradiation of solid targets with swift heavy ions can induce a permanent modi- fication of the surface and bulk structure in the nanoscale range. At sufficiently high impact energy each single ion produces a straight track in the bulk of some -m with hillocks or nanosized craters at the impact point. In contrast to many other studies where targets have been irradiated under normal incidence, our samples were irradiated under glancing angles between 0.2- and 2- with respect to the surface plane. The irradiations have been performed at the IRRSUD beamline at GANIL (Caen, France) with lead and xenon ions at kinetic energies between 23 MeV and 100 MeV. High resolution atomic force microscopy in topographic tapping mode has been used for a comparative study of track formation on various surfaces (SrTiO3, TiO2, CaF2 and mica). Images of the different targets show a strong material dependent nanostructure creation. While on SrTiO3 and TiO2 the previously reported chains of hillocks are identified, CaF2 and mica surprisingly show a different type of surface modification, namely the creation of a double track, consisting of single hillocks, which later joins to a single track. In between of the two chains a groove like structure is observable. The focus of this work was to investigate the behaviour of the track structure, especially of the double tracks in dependence of irradiation parameters. Therefore systematic studies at different incidence angles have been performed. Further the dependence on the target temperature has been evaluated by heating CaF2 and mica targets to 400-C during irradiation. To investigate the link between energy loss and the induced nanostructure formation mica samples have been irradiated with ions at five different kinetic energies between 23MeV and 100MeV to find a threshold for nanostructure creation under grazing incidence.