Aufbau einer gepulsten Photoelektronenquelle für atomare und molekulare Stoßexperimente

A produced photoelectron source for atomic and molecular collision experiments

  • Die COLTRIMS-Technik (COLd Target Recoil-Ion Momentum Spectroscopy) wird seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt, um kinematisch vollständige Experimente zur Dynamik der Elektronenstoßionisation und -anregung von Atomen und Molekülen durchzuführen. Messungen nahe der Ionisationsschwelle sind insbesondere schwierig, da die Wirkungsquerschnitte sehr klein werden. Weiterhin erfordern diese Experimente kurzgepulste 500ps, energiescharfe 10meV, am Targetort gut kollimierte 100μm Elektronenstrahlen hoher Repetitionsrate 3MHz. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde eine Photoemissions-Elektronenquelle aufgebaut, die in die Elektronenstoß Apparatur, sog. Reaktionsmikroskop integriert werden soll. Die für den Betrieb der Quelle benötigten GaAs/AlGaAs-Heterostruktur-Photokathoden wurden in einem Mehrkammer-Ultrahochvakuum-Präparationssystem zu negativer Elektronenaffinität aktiviert, so dass nach Laseranregung λ=650nm in der Photoelektronenquelle die Elektronenemission gelingt. Die Lebensdauer einer in der Photoelektronenquelle eingebauten GaAs-Photokathode wurde zu 3,22±0,02 Tage, die Quanteneffizienz zu 0,66% bestimmt. Ein Funktionstest der im extremen Ultrahochvakuum arbeitenden Photoemissionsquelle wurde erfolgreich abgeschlossen und demonstriert die Einsatzfähigkeit der Quelle für die anstehenden kinematisch vollständigen Stoßexperimente.
  • Since years the COLTRIMS (COLd Target Recoil-Ion Momentum Spectroscopy) technique is successfully used to perform kinematically complete experiments on the dynamics of electron-impact ionization and excitation of atoms and molecules. Measurements near ionization threshold are particularly difficult due to the very small cross sections. These experiments demand short-pulsed 500ps, ultra-cold 10meV electron beams with a beam diameter of 100μm at the target and a high pulse-repetition rate 3MHz. To satisfy these specifications a photoelectron gun has been built, which will be attached to the electron-impact apparatus, so-called reaction microscope. GaAs/AlGaAs heterostructure photocathodes were activated to negative electron affinity using a multi-chamber extremely high vacuum preparation set-up. The laser diode for the photoelectron emission source operates at 650nm. In the source a heterostructure cathode lifetime of 3.22±0.02 days and a quantum efficiency of 0,66% have been achieved. The new photoelectron gun has been successfully tested demonstrating clearly the gun's use in upcoming kinematically complete electron-impact experiments.

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Metadaten
Author:Steffen Lüdemann
Advisor:Wieland Zahn, Claus Dieter Schröter
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Max-Planck-Institut für Kernphysik
Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Date of Publication (online):2008/01/22
Year of first Publication:2008
Date of final exam:2008/01/22
Tag:Photoelektronenquelle; Reaktionsmikroskop; negative Elektronenaffinität
Heterostructure; Photocathode; Photoelectron source; Reaction microscope
GND Keyword:Photokathode; Heterostruktur
Page Number:- Seiten, - Abb., - Tab., - Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2008/01/22