Intercambio de carga y emisión electrónica en la colisión de iones con superficies carbonadas

Abstract

The formation of positive/negative ions during the charge exchange in proton collisions with a metal surface of Cu(111) and different C60/Cu(111) films (different thickness) is experimentally and theoretically analyzed. On the experimental side, the LEIS (Low Energy Ion Scattering) surface characterization technique was used to determine the charge state of the projectiles after the collision with these target surfaces. A wide range of projectile incident energies and two different collision geometries were analyzed. Regarding the charge transfer experiments in low energy collisions of protons with a thick coating of C60 on Cu(111), it was found that the percentage of backscattered total ions increases with the energy of incidence and, contrary to what happens in the H/Cu (111) system, the fraction of positive ions is greater than that of negatives in practically the entire range of energy studied. The analogous experimental study carried out on protons dispersed by a monolayer of C60/Cu(111) results could experimentally be interpreted as 'intermediate' with respect to the two previously described systems. To gain in the understanding of the physical processes that determine the final charge state of the projectiles after colliding with the surfaces described, theoretical calculations were performed by applying a first-principles based quantum mechanical formalism. The good general agreement between theoretical and experimental is achieved. The differences between measurements-theoretical results and the analysis of characteristic times in the collision allow us to conclude on the relevance of the projectile entrance path and the fine details of the electronic surface-structure on the studied system.

Se analiza desde el punto de vista experimental y teórico la formación de iones positivos y negativos durante el proceso de intercambio de carga en colisiones de protones con un sustrato de Cu(111) y con diferentes espesores de recubrimientos de C60/Cu(111). Se utilizó la técnica de caracterización superficial LEIS (Low Energy Ion Scattering) para determinar el estado de carga final de los proyectiles dispersados de dichas superficies. Se analizó un amplio rango de energías de entrada del proyectil y se estudiaron dos geometrías diferentes de colisión. El porcentaje de iones totales de H retro-dispersados del film grueso de C60/Cu(111) aumenta con la energía de incidencia y, contrariamente a lo que ocurre en el sistema H/Cu(111), la fracción de iones positivos es mayor que la de negativos en prácticamente todo el rango de energía estudiado. En la monocapa estos resultados podrían ser interpretados experimentalmente como' intermedios' respecto de los dos sistemas previamente descriptos. Para lograr entender los procesos físicos que determinan el estado final de carga de los proyectiles dispersados, se aplicó un cálculo teórico descrito en un formalismo mecánico cuántico para describir las fracciones de carga finales en los sistemas analizados. Los cálculos teóricos de la fracción de iones sobre las distintas superficies muestran que en general tienen un buen acuerdo con el experimento. Las diferencias importantes entre mediciones y teoría; y el análisis de tiempos característicos permiten concluir sobre la relevancia de la trayectoria de entrada y los detalles finos de la densidad de estado en los sistemas estudiados.