Page - 18 - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

18 Das TIED-Experiment Abbildung 5: Aufbau der Kammer der Clusterquelle nach M. Blom.11 Damit können Metallcluster über einen weiten Größenbereich hergestellt werden (siehe Abbildung 6), von denen typischerweise ca. 50% ungeladen, 25% einfach negativ und 25% einfach positiv geladen sind. Der Sputterkopf besteht dabei aus einem Magneten, worauf ein Metalltarget (im Durchmesser wahlweise 1 oder 2 Zoll) des gewünschten Elements aufgebracht ist. Der Magnet ist dabei so ausgerichtet, dass die Magnetfeldli- nien über dem Target den Sputterprozess unterstützen: Zwischen Magnetkopf und der darüber in einem Abstand von ca. 0,5mm angebrachten Kappe wird eine Spannungsdif- ferenz von 200 V angebracht, wobei das Target auf negatives Potenzial gelegt wird. Das seitlich einströmende Argon führt zu einer Plasmaentladung zwischen Kopf und Kappe, wobei freie Ladungsträger erzeugt werden (Ar+ und Elektronen). Die schweren Argon- ionen werden dabei auf das Target beschleunigt und führen beim Auftreffen zum Ab- dampfen (Kathodenzerstäubung, sputtern) einzelner Atome. Durch das Magnetfeld in dieser Region werden ebenso vorhandene Elektronen aufgrund ihrer geringen Masse auf kreisförmigen Bahnen einige Zeit eingefangen. In dieser Zeitspanne können sie mit wei- teren Argonatomen kollidieren und den Effekt der Ar+-Erzeugung somit verstärken. Durch Stöße der abgedampften Metallatome mit weiteren ihrer Art und dem Trägergas (Helium-/Argon-Mischung) kommt es mit geringer Wahrscheinlichkeit zu Dreierstößen, wobei sich zunächst Dimere, Trimere usw. des Targetmaterials bilden können (Die frei werdende Bindungsenergie wird dabei durch den Heliumstoßpartner abgeführt.). Ab einer – vom Element abhängigen – kritischen Keimgröße (ca. fünf bis neun Atome)40 kann die beim Aufnehmen eines weiteren Atoms frei werdende Bindungsenergie auf die nun zahlreicheren inneren Freiheitsgrade verteilt werden, sodass bei diesen Zweierstö- ßen die Stoßpartner sich nicht sofort wieder trennen und die Cluster deutlich leichter wachsen können. (Dreierstoß wird durch die Abfolge zweier zeitlich getrennter Zweier- stöße ersetzt.) Die häufigen Stöße mit dem Trägergas, das über das doppelwandige Ag- gregationsrohr mit flüssigem Stickstoff auf ca. 90K gekühlt ist, können die aufgeheizten Cluster wieder abkühlen. 1000 l/s Turbomolekularpumpen Kühlung mit flüssigem N2 Magnet Target Helium / Argon Zuleitung Iris xy-Ablenker Skimmer