Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

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Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

4.1. Clusterquelle

4.1. Clusterquelle

Herz eines jeden Clusterphysikexperiments stellt die Quelle zur Erzeugung der Cluster

dar. Da Cluster unter Normbedingungen nicht vorkommen, müssen sie im Hochvakuum

erzeugt werden. Die Ansprüche an Clusterquellen sind: Stabilität in der Erzeugung der

Cluster und eine ausreichende Ionenintensität für weitere Untersuchungen.

Viele Clusterquellen basieren auf dem Seeded-Beam-Ansatz [190]: Dabei wird das Clus-

termaterial in einem Trägergas adiabatisch durch eine Düse in das Vakuum expandiert. Da

der Dampfdruck des Trägergases sehr viel höher als der des Clustermaterials ist, pGas =

10 6 Pa > 10 3−4 =pMaterialPa, kommt es zur Clusterbildung bei der Expansion durch Kon-

densation der Monomere.

Es ergeben sich vier unterschiedliche Ansätze für die Quellen: zum einen die Unterschei-

dung in gepulsten [191, 192] oder kontinuierlichen Betrieb [193], zum anderen in die Art

der Bereitstellung des Clustermaterials: (thermisches) Verdampfen [194, 195] oder Sput-

tern mit geladenen Edelgasatomen [80, 196].

4.1.1. Pulsed Arc Cluster Ion Source (PACIS)

Die PACIS, benutzt als Trägergas einen gepulsten Heliumstrom. Dieser streicht über das

Sputtertarget aus leitendem Material. Durch das Zünden eines Lichtbogens von ca. 3−

20µs Dauer mit einer Brennspannung von 100−200 V fließt in dieser kurzen Zeit ein

Strom ≈ 5000 A. Dadurch sputtern die Heliumatome von der Metallkathode Atome ab.

Diese werden dann vom nächsten Puls in den Extender geführt, wo die eigentliche Kon-

densation durch Stöße mit anderen Atomen und der gekühlten Wand zu Clustern stattfin-

det. Zur Kühlung im Vakuum sind Anode und Kathode von einem Kupferwürfel umge-

ben. Um eine Isolierung zu gewährleisten, werden Anode und Kathode in einem Glaswür-

fel versenkt, quer dazu ist der Kanal für das Trägergas in den Glaswürfel gebohrt (siehe

Abb.4.2).

Um den Betrieb der PACIS zu regeln, bieten sich folgende Parameter an:

1. Der Sputterpuls, der in Länge und Spannung verändert werden kann. Dadurch wird

unterschiedlich viel Material von der Kathode abgetragen. Mehr Material liefert grö-

ßere Cluster. Es werden aber zum Teil mehr Verunreinigiungen aus dem Isolierwür-

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