Was genau passiert, wenn hoch geladene Teilchen auf Festkörper treffen, sei in der Materialanalytik von großer Bedeutung, heißt es am Montag in einer Aussendung der Uni. Die Wiener Forscher entreißen zu diesem Zweck Atomen im Labor gleich bis zu 20 bis 40 Elektronen. Diese Ionen hungern dann quasi nach Nachschub.
Experiment mit Graphen
Wie sich diese Teilchen aber mit neuen Elektronen versorgen, um wieder neutral zu werden, konnte bisher nicht direkt beobachtet werden. „Wir wussten, dass dieser Prozess sehr schnell sein muss, weil schon eine recht dünne Materialschicht genügt, um Ionen vollständig zu neutralisieren“, so die Studien-Erstautorin Anna Niggas vom Institut für Angewandte Physik.
So gelangten die Wissenschafter zu der Idee, das nur aus einer Lage Kohlenstoffatome bestehende Material Graphen als Grundstoff für ihren Versuchsaufbau zu verwenden. „Wir haben einzelne, doppelte und dreifache Graphenschichten untersucht. So kann man Schritt für Schritt, Atomlage für Atomlage sehen, wie sich die hochgeladenen Ionen genau verändern“, so der Physiker Richard Wilhelm.
Gesetze der Neuralisierung
Diese verschiedenlagigen Schichten beschossen die Forscher mit den Ionen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Dabei zeigte sich, dass der Neutralisierungsprozess einer einfachen Gesetzmäßigkeit folgt: Je mehr Zeit das nach Elektronen lechzende Ion in der Nähe des Elektronen-Anbieters, Kohlenstoff, verbringt, desto schneller normalisiert sich sein Zustand.
„Wenn man berücksichtigt, dass die Ionen auf ihrer Reise durch zwei oder drei Graphenschichten eben zwei- oder dreimal so lange mit Kohlenstoffatomen in Kontakt kommen wie in einer einzigen Graphen-Schicht, dann lässt sich mit einfachen Formeln erklären, wie rasch die Ionen Elektronen einfangen und ihren Ladungszustand ändern“, sagte Niggas.