Wechselwirkung langsamer hochgeladener Ionen mit 2D-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Richard Wilhelm
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322051344

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes wurden wesentliche Fortschritte im Verständnis der Wechselwirkung von hochgeladenen Ionen mit Oberflächen erzielt. Während bisherige Literatur das Einsetzen des Wechselwirkungsprozesses des Ions vor der Oberfläche sehr gut beschreiben konnte, fehlte ein Verständnis der Prozesse nach dem Eintauchen des Ions in die Oberfläche. Durch die Komplexität der beteiligten Prozesse und deren starke Verknüpfung miteinander waren experimentelle Untersuchungen bisher nur schwer möglich. Durch die Verwendung von freitragenden 2D Materialien in diesem Projekt konnten wir nun erstmals direkten Zugang zur Wechselwirkung von hochgeladenen Ionen in einer Materialschicht bekommen. Wesentliches Merkmal unserer Studien war die Untersuchung des Ions nachdem es den Festkörper wieder verlassen hat. Diese Untersuchungsmethodik wurde erst durch dieses Projekt ermöglicht. Neben der interessanten Forschung an diesen exotischen Ionen und Materialsystemen ergeben sich aus unserer Grundlagenforschung heraus Anwendungen für die Strukturierung von Materialien auf der Nanoskala und der Bestimmung von Materialstrukturen auf atomarer Größenskala durch die genaue Untersuchung der Ionenstreuverteilung. Unsere Ergebnisse wurden neben der Veröffentlichung in insgesamt 14 peer-reviewed Journalpublikationen aus dem Projekt heraus auch in zahlreichen Publikumsmedien dargestellt (z.B. Radio NJOY 91.3 FM Interview 29.10.2019 in „Wissenschaftsradio - Wissenschaft einfach erklärt“; Pro-Physik Artikel 06.08.2020 „Große Kunst der kleinen Löcher“; mehrere Pressemitteilungen der TU Wien).

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Interatomic Coulombic Decay: The Mechanism for Rapid Deexcitation of Hollow Atoms, Phys. Rev. Lett. 119, 103401 (2017)
  Wilhelm, R. A. et al.
  
• Charge-Exchange-Driven Low-Energy Electron Splash Induced by Heavy Ion Impact on Condensed Matter, J. Phys. Chem. Lett. 10, 4805 (2019)
  Schwestka, J. et al.
  
• Unraveling energy loss processes of low energy heavy ions in 2D materials, Commun. Phys. 2, 89 (2019)
  Wilhelm, R. A. & Grande, P. L.
  
• Atomic-Scale Carving of Nanopores into a van der Waals Heterostructure with Slow Highly Charged Ions, ACS Nano 14, 10536 (2020)
  Schwestka, J. et al.
  
• The role of contaminations in ion beam spectroscopy with freestanding 2D materials: A study on thermal treatment, J. Chem. Phys. 153, 014702 (2020)
  Niggas, A. et al.
  
• Vanishing influence of the band gap on the charge exchange of slow highly charged ions in freestanding singlelayer MoS2, Phys. Rev. B 102, 045408 (2020)
  Creutzburg, S. et al.