Quantitative Untersuchung der Plasma-Festkörper-Grenzfläche und ihre Verwendung in der Behandlung von 2D-Materialien

• Antragsteller: Professor Jan Benedikt, Ph.D.; Professor Dr. Holger Kersten
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530936824

Das Hauptziel dieses Projekts ist die quantitative Untersuchung der Plasma-Oberflächen-Wechselwirkungsmechanismen und die Identifizierung der mikroskopischen Prozesse, die zu plasmainduzierten Effekten an der Festkörperoberfläche konventioneller und neuartiger Materialien führen. Dafür werden in situ die Flüsse reaktiver Plasmaspezies zur Oberfläche bestimmt und für die Oberflächenmodifizierung, welche ex situ analysiert wird, optimiert. Wir werden uns einerseits auf die Untersuchung der Plasmawechselwirkung mit konventionellen Materialien wie Metallen und Oxiden konzentrieren, um noch offene Fragen über Ionen- und Elektronenwechselwirkung zu beantworten, und andererseits auf die Behandlung neuartiger 2D-Materialien fokussieren, um die Plasmawechselwirkung mit diesen empfindlichen Materialien zu verstehen und somit Wege zu eröffnen, plasmamodifizierte 2D-Materialien mit neuen Eigenschaften zu erzeugen. Die Untersuchungen werden an zwei speziell für dieses Projekt entwickelten Plasmareaktoren durchgeführt. Die Nichtgleichgewichtsplasmen beider Reaktoren werden mit konventionellen (z.B., Langmuir Sonde, Massenspektrometrie) und nicht-konventionellen (z.B., kalorimetrische Sonde und Kraftsonde) Diagnostiken charakterisiert, um die Energie- und Teilchenströme vom Plasma zur Oberfläche zu verstehen. Ein Reaktor mit symmetrischer Elektrodengeometrie ermöglicht den Vergleich der experimentellen Daten mit Plasmasimulationen und ermöglicht dadurch Einblicke in Oberflächenprozesse, welche experimentell nicht zugänglich sind. Der Reaktor wird so verbessert, dass dünne Filme von zu untersuchendem Material darin abgeschieden und modifiziert werden können, ohne das Vakuum zu brechen. Der zweite Reaktor hat eine invertierte Elektrodengeometrie und kombiniert induktive mit kapazitiver Leistungseinkopplung, was die Anpassung der Ionenenergie und direkte Messungen an der mit zu modifizierendem Material bedeckten Elektrode ermöglicht. Dieser Reaktor wird verwendet, um die Behandlung von Graphen und Übergangsmetall-Dichalkogeniden als Beispiele für 2D-Materialien zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ungarn
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Lorenz Kienle; Professor Dr. Kai Rossnagel
• Kooperationspartner: Dr. Zoltan Donko