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Aufbau einer Apparatur zur Herstellung massenselektierter Nanopartikel: Inbetriebnahme und erste Anwendungen

Krähling, Stephan - Technische Universität Darmstadt (2016)


Die vorliegende Arbeit beschreibt den Aufbau sowie die Charakterisierung und Anwendung einer Molekularstrahlapparatur im Hoch- und Ultrahochvakuum zur Herstellung und Deposition kleiner Metallcluster.

Zunächst wird der Aufbau der Apparatur und insbesondere die neu entwickelte Clusterquelle im Detail beschrieben. Die verschiedenen Betriebsparameter der Quelle und der Ionenoptik werden umfassend charakterisiert, sodass Richtlinien für den Betrieb der Apparatur abgeleitet werden können. Dies ist im Laboralltag beson- ders wichtig, um hohe Depositionsraten zu ermöglichen. Dabei wurde auch die Homogenität der hergestellten Proben beziehungsweise des Clusterstrahls mittels Rastertunnelmikroskopie, Röntgenphotoelektronenspektroskopie und in-situ Ionenstommessungen untersucht. Die beobachteten Strahlprofile und Clusterverteilungen sind dabei häufig sehr inhomogen, sodass zukünftig eine Möglichkeit zur Kontrolle und Optimierung des Strahlprofils geschaffen werden muss.

Die Leistungsfähigkeit der Apparatur hinsichtlich der Deposition von intakten, massenselektierten Ag_N-, Pt_N- und Au_N-Clusterkationen wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Hierbei kann neben dem Einfluss des Substrats ein eindeutiger Trend bezüglich steigender Bindungsenergie der Photoelektronen mit sinkender Clustergröße beobachtet werden. Darüber hinaus wurden auch die Auswirkungen einer erhöhten Einschlagsenergie der Cluster während der Deposition studiert. Die erhaltenen Ergebnisse verdeutlichen, dass der zuvor beobachtete Größeneffekt im Falle von Pt_N auf HOPG durch eine Implantation der Cluster teilweise aufgehoben wird. Mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie konnte somit gezeigt werden, dass eine Deposition von isolierten, massenselektierten Clustern möglich ist und die aufgebaute Apparatur ein leistungsfähiges Werkzeug zur Deposition verschiedener Clusterspezies auf einer Vielzahl von Substraten mit kontrollierbarer Einschlagsenergie ist.


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