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GRUPO DE ESTUDIO DE INTERACCIONES
ION-SUPERFICIE
División Colisiones Atómicas - Centro Atómico Bariloche
8400 San Carlos de Bariloche, Río Negro, Argentina
Tel: +54 2944 445220 Fax: +54 2944 445299
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Investigadores permanentes
Julio E. GAYONE,
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Oscar GRIZZI,
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María Luz MARTIARENA,
e-mail
Victor Hugo PONCE,
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Esteban A. SANCHEZ,
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Becarios
Lic. Luis M. RODRIGUEZ,
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Lic. Leonardo F. de FERRARIIS,
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Lic. Pablo LUSTEMBERG,
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Temas de investigación
En el laboratorio de interacción de iones con superficies se estudian
procesos fundamentales (físicos y químicos) que ocurren durante la interacción de partículas
cargadas con superficies de metales, semiconductores y aislantes; y aspectos
más aplicados relacionados con la caracterización topográfica, estructural y electrónica
de dichas superficies.
Entre los primeros se estudia la dispersión elástica de iones a energías de 1 a 100 keV
en superficies cristalinas y procesos inelásticos tales como excitación de plasmones,
emisión de electrones e intercambio de carga en colisiones ion-superficie a incidencia
rasante. Entre los segundos se estudia la topografía de superficies irradiadas con iones,
la estructura atómica de superficies cristalinas puras, los fenómenos de adsorción de
átomos y moléculas livianas, y el crecimiento de películas delgadas.
El equipamiento básico consta de aceleradores de iones cubriendo un rango de energías de 0.1 a 120 keV
y 4 cámaras de colisiones. Se utilizan técnicas de microscopía de fuerza atómica (AFM) y de efecto tunel (STM),
espectrometrías de iones y espectroscopías de electrones. Los detallas están descriptos
en facilidades experimentales
Proyectos en curso
Preparación de superficies planas por bombardeo iónico rasante (pulido iónico).
Estudio de daño por radiación. Topografía de superficies.
Estudio de emisión de electrones Convoy en superficies metálicas y aislantes.
Dependencia con la topografía de la superficie.
Estudio de excitación y decaimiento de plasmones producidos por
bombardeo iónico de superficies de Al(111).
Estudios de emisión de electrones en colisiones rasantes. Efecto de
la topografía superficial en procesos de autoinoización.
Determinación de la estructura cristalina en superficies GaAs(110).
Estudio de los procesos de adsorción de átomos de H, O, K y Cs en GaAs(110). Determinación de
la cinética y sitios de adsorción.
Estudio de los procesos de adsorción de moléculas orgánicas (alkanotioles)
e inorgánicas (AlF3)
en superfices monocristalinas de Al, Ag y Au. Determinación de la cinética
de adsorción y desorción, y su estabilidad con la temperatura del sustrato.
Estudio de los procesos de intercambio de electrones entre proyectiles de
gases nobles y superficies (GaAs(110) cubiertas con álcalis y oxígeno, y
AlF3 crecido en Al(111)) .
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Colaboraciones con otros laboratorios
Alfredo Tolley
Laboratorio de Metales, CAB-CNEA, S.C. de Bariloche,
Argentina.
- Estudio de transformaciones de fases inducidas por bombardeo iónico en monocristales de b Cu-Zn-Al
Julio Ferrón, Edith Goldberg y Ricardo Vidal
Laboratorio de Física de Superficies, INTEC-CONICET, Santa Fe,
Argentina.
- Adsorción de álcalis en semiconductores. Determinación de cinética
y sitios de adsorción.
- Procesos de intercambio de carga entre proyectiles iónicos y superficies.
- Caracterización del crecimiento de películas delgadas aislantes.
Bárbara Blum y Roberto Salvarezza
INIFTA, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina.
- Estudio de adsorción de molécular orgánicas (alcanotioles) en
superficies.
M.S. Gravielle and J. Miraglia.
IAFE, Buenos Aires, Argentina.
- Mecanismos de emisión de electrones en colisiones rasantes ion-superficie.
Vladimir Esaulov, Laurent Guillemot, Sandrine Lacombe
Laboratoire des Collisions Atomiques et Moléculaires, Université de Paris-Sud,
Orsay, France.
- Mecanismos de emisión de electrones en colisiones ion-superficies. Efecto de
la topografía superficial en procesos de autoinoización.
- Procesos de intercambio de carga entre iones y superficies (Pd, Ag, Al, Na,
Si y MgO).
Raúl Baragiola
Laboratory for Atomic and Surface Physics, University of Virginia, Thornton
Hall, Charlottesville, EE.UU.
- Excitación y decaimiento de plasmones producidos por
bombardeo iónico de superficies.
- Mecanismos de emisión de electrones en colisiones rasantes ion-superficie.
Stefano Nannarone
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e dell'Ambiente,
Univertità di Modena e Reggio Emilia (UMRE), Modena, Italy.
- Adsorción de fluoruros (CaF2, AlF3) en
superficies de metales y aisladores (Al, GaAs, Si)
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Facilidades Experimentales
Acelerador de iones "Kevatrito".
Los iones se producen en dos fuentes diferentes. Una denominada de radiofrecuencia, adecuada
para la producción de iones de gases nobles, y otra del tipo aluminosilicato que produce
iones de metales alcalinos.
Los iones así producidos son extraídos y acelerados hacia las cámaras de colisiones por un campo
electrostático, produciendo haces de iones con energías que van desde algunos keVs hasta los
120 keV.
La selección de iones, por su energía, carga y masa, se realiza con un imán deflector que desvía el haz
aproximadamente 33o hacia las distintas líneas de investigación.
El límite máximo de discriminación está dado por el campo magnético máximo
del imán (350 Gauss).
El haz en su trayectoria a las cámaras de colisiones es enfocado y colimado por
lentes electrostáticas y diafragmas fijos y móviles con distintas aperturas. La divergencia
angular del haz es típicamente 0.1o. Sistemas de placas paralelas
ubicados en sectores de la línea de transmisión permiten corregir la
trayectoria del haz y modular y pulsar el haz.
Las densidades de corrientes que se obtienen en la posición de los blancos varían desde
1 a 100 nA/mm2, dependiendo del tipo de proyectil, su energía, y la posición en la línea
del haz.
Existen actualmente tres cámaras de colisiones equipadas con las siguientes
técnicas experimentales: espectrometría de iones reflejados con análisis
electrostático y por tiempo de vuelo, espectroscopía de electrones (Auger y
de pérdida de energía), facilidades de irradiación, de preparación de
superficies (pulido iónico en vacío y recocido), de evaporación de álcalis y
otros metales, y de adsorción de gases. En breve se instalará la cuarta
cámara de UHV con blindaje de campo magnético para poder medir electrones de
muy baja energía y con diferentes facilidades de análisis de superficie.
Espectrometría de iones (TOF-ISS).
La técnica de espectrometría de iones reflejados con análisis simultáneo
de iones y átomos neutros por tiempo de vuelo (TOF-ISS) se basa en
el bombardeo de las superficies con un haz pulsado de iones pesados
(Ne, Ar) a energías bajas (3-6 keV) y en la posterior detección tanto
de los proyectiles reflejados como de los átomos blanco emitidos durante
la interacción ion-superficie. Del análisis de las distribuciones de
átomos emitidos se puede obtener información acerca de la composición elemental de
las últimas dos capas de la superficie, de la posición de los átomos
en dichas capas, y de la cinética de adsorción.
El equipo experimental consta de una óptica y una electrónica adecuada
para el pulsado del haz, de un posicionador de muestras de alta precisión
con 5 movimientos independientes que permite recocer muestras, y de detectores de
partículas colocados
a distancias conocidas de la muestra (~ 1 metro).
Este sistema está instalado en una cámara de ultra alto vacío equipada con accesorios
estándares para caracterización de superficies, tales como un cañón de
electrones para espectoscopía Auger inducida por electrones,
evaporadores, entrada de gases y cañones de limpieza por sputtering.
Espectroscopía de electrones inducida por bombardeo iónico.
Esta técnica consiste en analizar en energía y ángulo los electrones
emitidos durante el bombardeo de superficies con haces iónicos.
Los espectros obtenidos permiten discriminar los distintos procesos que
llevan a la emisión de uno o más electrones durante la colisión.
El equipo experimental consta de un analizador electrostático de electrones e iones del tipo de
cilindros concéntricos que permite analizar energías desde algunos eV hasta
6000 eV.
El cilindro interior rota junto con los detectores permitiendo el análisis
en funcióndel ángulo de emisión.
Este sistema está instalado en una cámara de ultra alto vacío equipada con
facilidades de caracterización de superficie similares a las descriptas en el
punto anterior.
Microscopía de fuerza atómica (AFM).
La microscopía de fuerza atómica consiste básicamente en una punta de silicio o
nitruro de silicio fabricada de forma tal que el punto de contacto con la superficie
sea el más pequeño posible. El barrido de esta punta sobre un área de la
superficie, controlando la posición relativa punta-muestra, sirve para generar
imágenes topográficas de la superfcie con resoluciones de algunas decenas de
nanometros.
El equipo que permite la obtención de imágenes es un microcopio comercial
modelo Autoprobe CP de Park Scentific Inc. con un scanner lateral
de 5 micrones y uno vertical de 1 micrón. Las puntas, Ultralever 0.6 um,
pueden lograr resoluciones laterales cercanas a los 5 nm. El mismo equipo
permite trabajar en modo de efecto tunnel (STM).
Cámara de irradiación.
La cámara de irradiación es una cámara de alto vacío diseñada para
bombardear muestras con control preciso de la densidad del haz sobre la
mismas. Esto último se hace con una
copa de Faraday adosada a un manipulador que permite posicionar numerosas
muestras para realizar irradiaciones múltiples.
La cámara de irradiación puede trabajar en forma independiente de
las otras cámaras, lo cual nos permite intercambiar muestras con relativa
facilidad sin interferir con los otros experimentos.
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Formación de grado y postgrado
Gustavo H. Nadal, "Emisión Auger inducida por bombardeo iónico de
superficies", Trabajo Especial de Licenciatura, Instituto Balseiro, 1992.
Esteban A. Sánchez, "Efectos de la superficie sobre la emisión de electrones producida
en colisiones ion-sólido", Tesis Doctoral, Instituto Balseiro, 1992.
Julio E. Gayone, "Caracterización de superficies monocristalinas mediante espectrometría
de iones reflejados y espectroscopía de electrones Auger. Aplicación a
las superficies GaAs(110)-K", Trabajo Especial de Licenciatura, Instituto Balseiro, 1994.
Gonzalo R. Gómez, "Interacción de iones con superficies a incidencia rasante: emisión
electrónica y procesos de intercambio de carga", Tesis Doctoral, Instituto Balseiro, 1997.
Darío Stacchiola, "Implemetación de un espetrómetro de tiempo de vuelo",
Pasantía Externa, 1998.
Pablo A. Vázquez, "Estudio de cambios topográficos en superficies de Cobre policristalino
irradiadas con Ar+ de 15 keV", Pasantía Externa, 1999.
Luciana I. Vergara, "Estudio de formación de películas delgadas de
AlF3 sobre GaAs(110)", Pasantía Externa, 1999.
Julio E. Gayone, "Espectrometría de iones aplicada al estudio de la adsorción de H y K
en GaAs(110)", Tesis Doctoral, Instituto Balseiro, 2000.
Paula N. Abufager, "Estudio de la superficie GaAs(110) por espectrometría
de iones: estructura atómica e intercambio de carga", Pasantía Externa, 2001.
Gonzalo G. Otero, "Estudio de emisión electrónica y caracterización del
crecimiento de películas delgadas aislantes", Trabajo Especial de Licenciatura, Instituto Balseiro, 2002.
Guillermo P. Acuña, "Estudio de adsorción y desorción de dodecanothiol
sobre una superficie de Ag (111)" (Study of the dodekanethiol adsorption and
desorption from a Ag(111) surface), Pasantía Externa, 2004.
Jorge O. Lugo, "Estudio Teórico-experimental de los procesos de transferencia
de carga en espectroscopías de iones sobre superficies metálicas y aislantes"
(Theoretical and experimental study of charge exchange processes on ion
spectroscopies of metallic and insulating surfaces), Tesis Doctoral, Universidad Nacional de Rosario, 2004.
Luis M. Rodriguez, "Estudio del crecimiento de películas orgánicas en superficies."
(Study of organic thin film growth on surfaces), Trabajo Especial de Licenciatura, 2004.
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Esta página está mantenida por: E.A. Sánchez
Ultima actualización: Abril de 2004
(Inscripción abierta hasta el 30/05/2005)