Rozkłady energii kinetycznej

Znormalizowane do maksimum rozkłady energii kinetycznej neutralnych atomów srebra emitowanych z powierzchni Ag{111} bombardowanej pociskami C o energii 250 eV oraz Ga i C60 o energii 15 keV przedstawiono na Rys. 3.29.

Rys. 3.29 Znormalizowane do maksimum rozkłady energii kinetycznej atomów Ag emitowanych z powierzchni Ag{111} bombardowanej pociskiem C o energii 250 eV oraz pociskami C60 i Ga o energii 15 keV wzdłuŜ kierunku normalnego do powierzchni

Widać, iŜ maksimum rozkładu energii kinetycznej otrzymanego z bombardowania 15 keV pociskiem C60 jest przesunięte, w stosunku do pozostałych dwóch widm, w kierunku niskich energii, co zgodnie z teorią przedstawioną w rozdziale 1.2.3 stanowi dowód potwierdzający

opinię, iŜ procesy, jakie mają miejsce podczas bombardowania kryształu srebra klastrowym pociskiem C60 mają charakter nieliniowy. Jednak o wiele bardziej interesującym zagadnieniem jest znalezienie odpowiedzi na pytanie jak bardzo początkowa energia oraz kąt padania pocisku wpływają na dynamikę i kierunkowość procesów zachodzących w układzie podczas bombardowania.

Rozkłady energii kinetycznej atomów srebra emitowanych z układu w funkcji początkowej energii padającego pocisku przedstawiono na Rys. 3.30. Tak, jak powyŜej, wszystkie te rozkłady zostały znormalizowane do swoich maksymalnych wartości i zestawione na jednym wykresie.

Rys. 3.30 Znormalizowane rozkłady energii kinetycznej atomów Ag emitowanych z kryształu Ag{111} bombardowanego pociskiem C60 o róŜnych energiach kinetycznych wzdłuŜ kierunku normalnego do powierzchni

Jak juŜ wspomniano w rozdziale 3.3 emisja cząstek z kryształu Ag{111} podczas bombardowania pociskiem C60 następuje głównie w wyniku procesu tworzenia się krateru. Proces ten jest zasadniczo podzielony na trzy główne etapy. W pierwszym etapie pocisk C60

bezpośrednio oddziałuje z podłoŜem co powadzi do emisji cząstek wysokoenergetycznych. Drugi etap, to proces otwierania się krateru, który efektywnie prowadzi do emisji cząstek o średnich i małych energia kinetycznych. Trzeci etap, z kolei, to proces relaksacji kryształu, podczas którego emitowane są cząstki o bardzo niskich energiach kinetycznych. Zatem mierzone rozkłady energii kinetycznej stanowią niejako sumaryczny wynik działania tych trzech etapów, a ich ostateczny kształt zaleŜy od wkładu, jaki daje kaŜdy z nich. Analizując rozkłady z Rys. 3.30 widać, iŜ jeśli energia pocisku jest większa niŜ 10 keV dominującym jest proces emisji niskoenergetycznych atomów Ag, co powoduje przesunięcie maksimów tych rozkładów w kierunku niskich energii. Z kolei dla bombardowania pociskiem C60 o energii 5 keV dominuje mechanizm emisji wysokoenergetycznych atomów Ag związany bezpośrednio

z oddziaływaniem pocisku z kryształem. Efekt ten związany jest z faktem, iŜ klaster o energii 5 keV, jak pokazano w rozdziale 3.5 bardzo płytko deponuje swoją energię, a powstały krater jest niewielki w porównaniu do pozostałych trzech energii. Oznacza to, iŜ ilość cząstek emitowana podczas otwierania się krateru oraz relaksacji próbki jest niewielka, wynikiem czego obserwuje się przesunięcie maksimum rozkładu energii kinetycznej w kierunku wyŜszych wartości.

Rozkłady energii kinetycznej w zaleŜności od kąta podania otrzymane dla pocisku C₆₀ o energii 15 keV przedstawiono na Rys. 3.31. Jak widać wszystkie maksima zlokalizowane są mniej więcej przy tej samej wartości energii, co oznacza, iŜ dynamika procesów rozpylania jest praktycznie niezaleŜna od kąta padania pocisku.

Rys. 3.31 Znormalizowane rozkłady energii kinetycznej atomów srebra emitowanych kryształu w Ag{111} w funkcji kąta padania pocisku C60 o energii 15 keV

O ile obserwowane rozkłady energii kinetycznej emitowanych atomów Ag są zgodne z przewidywaniami, o tyle rozkłady energii kinetycznej, które otrzymano dla emitowanych dimerów srebra stanowią jeden z ciekawszych i bardziej interesujących wyników tej pracy. JuŜ eksperymenty przeprowadzone w latach 70-tych XX wieku pokazały, Ŝe maksimum rozkładu energii kinetycznej dimerów Ag emitowanych z kryształu srebra bombardowanego monoatomową wiązką jonów przesunięte jest w kierunku niŜszych energii w stosunku do maksimum analogicznego rozkładu mierzonego dla rozpylonych atomów Ag [BER76]. Wynik ten został potwierdzony zarówno dla samego srebra [WAH94], jak równieŜ dla innych metali, w tym dla naleŜącej do tej samej grupy w układzie okresowym pierwiastków co srebro – miedzi [COO84, BRI89, COO91]. Badania przeprowadzone w tej pracy równieŜ pokazują, iŜ dla bombardowania kryształu Ag{111} 15 keV pociskiem Ga maksimum rozkładu energii kinetycznej emitowanych dimerów Ag jest przesunięty kierunku niŜszych energii w stosunku do rozkładu zarejestrowanego dla rozpylonych atomów Ag (Rys. 3.32). Zupełnie odmienny

wynik widoczny jest natomiast dla cząstek rozpylonych w wyniku bombardowania 15 keV pociskiem C60. W przeciwieństwie do wyników uzyskanych dla bombardowania atomem Ga, maksimum rozkładu energii kinetycznej emitowanych dimerów występuje dla wyŜszej energii niŜ maksimum rozkładu energii kinetycznej rozpylonych atomów Ag (Rys. 3.33). Zgodność tych danych z wynikami później przeprowadzonych badań doświadczalnych [SUN05] pozwala stwierdzić, iŜ obserwowany proces jest zupełnie nową cechą charakterystyczną dla rozpylania pociskiem C_60.

Rys. 3.32 Porównanie rozkładów energii kinetycznej atomów i dimerów Ag rozpylonych przez 15 keV pocisk Ga pod kątem normalnym do powierzchni

Rys. 3.33 Porównanie rozkładów energii kinetycznej atomów i dimerów Ag rozpylonych przez 15 keV pocisk C60 pod kątem normalnym do powierzchni

Wyjaśnienie tego efektu moŜna uzyskać badając rozkłady prędkości, które jak się okazuje są bardzo podobne dla atomów i dimerów Ag emitowanych z powierzchni podczas bombardowania klasterem C₆₀ [SUN05]. Podobną sytuację zaobserwowano dla cząstek In i In₂ podczas bombardowania czystej powierzchni indu pociskami Au_m^- (m = 1, 2, 3) [SAM05]. Jak zasugerowano zjawiska występujące podczas bombardowania pociskami klastrowymi

przypominają procesy jakie zachodzą podczas adiabatycznego rozpręŜania gazu z objętości o duŜym ciśnieniu poprzez dyszę [SAM05]. W takim scenariuszu wszystkie emitowane cząstki mają podobną prędkość niezaleŜnie od ich masy, a mechanizm emisji cząstek moŜe być opisany poprzez ich hydrodynamiczny wypływ z mocno podgrzanego i bardzo gęstego „gazu”, który tworzy się w obszarze kaskady zderzeń wywołanej uderzającym pociskiem C60. Na skutek olbrzymich ciśnień występujących w tym obszarze dochodzi wręcz do „eksplozji” a cząstki emitowane są do próŜni w sposób quasi swobodny [SUN05]. Podobne zjawiska obserwowano równieŜ podczas bombardowania amorficznego argonu (materiał o bardzo małej energii wiązania) pociskami Ar o energii 1 keV [URB91, WAL93]. Jak się okazuje uŜyty w tym wypadku model opisujący procesy rozpylania był spójny z modelem swobodnego przepływu gazu [URB87].