Feldemissions-Ionenquellen für Laserexperimente

Ziel dieser Untersuchungen ist es, dichte ionische Lasertargets für die Untersuchung der ultraschnellen laserinduzierten Fragmentations- und Ionisationsdynamik von Atomen und Molekülen in starken Laserfeldern zu erzeugen. Ionische Targets ermöglichen die Untersuchung vieler interessanter fundamentaler Systeme der Licht-Materie-Wechselwirkung, wie He⁺ und H₂⁺ [1] sowie Molekülen, die nur in der Ionenquelle entstehen, z. B. HeH⁺ [2]. Ein weiterer Vorteil ionischer Targets sind die klar definierten und steuerbaren Eigenschaften im Interaktionsvolumen mit dem Laserstrahl. In Abbildung 1 ist der schematische Aufbau der Ionenstrahlanlage für die Laser-Wechselwirkung dargestellt.

Die Nachteile von ionischen Lasertarget, die beispielsweise durch Ionenquellen wie Duoplasmatron, EBIT und RF erzeugt werden, sind die sehr geringen Dichten von 10⁴ – 10⁵ cm^-3 im Laserfokus. Die geringe Anzahl von Molekülen im Laserfokus erfordert relativ lange Messzeiten.

Um diese Probleme zu überwinden, ist eine alternative Ionenquelle mit einer höheren Helligkeit (Richtstrahlwert) wünschenswert. Ziel ist es, höhere Partikeldichten zu erzeugen, die näher an denen neutraler Targets liegen, die typischerweise bei kalten Überschallgasstrahlen bei etwa 10¹¹ cm^-3 liegen.

Ein vielversprechender Kandidat ist eine Flüssigmetallionenquelle (LMIS, Abbildung 2), basierend auf der Feldverdampfung aus einem flüssigen Metallkegel mit einem Spitzenradius von 10 bis 30 nm. Dieser Quellentyp wird aufgrund seiner besonderen Eigenschaften als Ionenstrahltriebwerk im Weltraum und als Quelle in Focused-Ion-Beam-Systems zur Nanostrukturierung verwendet.