Preparative mass spectrometry is a gas-phase ion deposition technique aimed at deposition of monodisperse ion beams on a surface. This is accomplished through the implementation of a soft-landing ion mobility system which allows for high ion flux of conformationally selected ion packets. The soft-landing ion mobility system has been applied to a number of unique chemical problems including the deposition of insulators on graphene, the preparation of reusable surface enhanced Raman spectroscopic substrates, and the deposition of uranium nanoparticles. Soft-landing ion mobility provided a platform for the quick deposition of usable amounts of materials, which is the major objective of preparative mass spectrometry. Soft-landing ion mobility is unique when compared to other preparative mass spectrometric techniques in that the ion packets are conformationally separated, not separated on mass to charge ratio. This provides orthogonal complementary data to traditional mass spectrometric techniques and allows for the study of conformationally monodisperse surfaces. The diversity of problems that have been and continued to be explored with soft-landing ion mobility highlight the utility of the technique as a novel tool for the study of multiple ion/surface interactions.

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In dieser Arbeit wird die Erzeugung permanenter Nanostrukturen durch den Beschuss mit langsamen (v < 5x105m/s) hochgeladenen (q < 40) Ionen auf den Oberflächen der Ionenkristalle CaF2 sowie KBr untersucht. Die systematische Analyse der Probenoberfläche mittels Raster-Kraft-Mikroskopie liefert detaillierte Informationen über den Einfluss von potentieller und kinetischer Projektilenergie auf den Prozess der Strukturerzeugung. Der individuelle Einfall hochgeladener Ionen auf der KBr(001)-Oberfläche kann die Erzeugung monoatomar tiefer, lochartiger Strukturen -Nanopits- mit einer lateralen Ausdehnung von wenigen 10nm initiieren. Das Volumen dieser Löcher und damit die Anzahl gesputterter Sekundärteilchen zeigt eine lineare Abhängigkeit von der potentiellen Energie der Projektile. Für das Einsetzen der Locherzeugung konnte ein von der Projektilgeschwindigkeit abhängiger Grenzwert der potentiellen Energie E_grenz^pot (Ekin) gefunden werden. Auf der Basis der defekt-induzierten Desorption durch Elektronen wurde unter Einbeziehung von Effekten der Defektagglomeration ein konsistentes mikroskopisches Modell für den Prozess der Locherzeugung konzipiert. Für die CaF2(111)-Oberfläche kann die aus jüngsten Studien bekannte, individuelle Erzeugung hügelartiger Nanostrukturen -Nanohillocks- durch hochgeladene Ionen in dieser Arbeit auch für kleinste kinetische Energien (E_kin < 150eVxq) verifiziert werden. Die potentielle Energie der einfallenden Ionen wird damit erstmalig zweifelsfrei als alleinige Ursache der Nanostrukturerzeugung identifiziert. Zudem zeigt sich bei geringer Projektilgeschwindigkeit eine Verschiebung der potentiellen Grenzenergie zur Hillock-Erzeugung. Im Rahmen einer Kooperation an der Technischen Universität Wien durchgeführte Simulationsrechnungen auf der Grundlage des inelastischen thermal spike-Modells zeigen, dass die individuelle Hillock-Erzeugung durch hochgeladene Ionen mit einer lokalen Schmelze des Ionenkristalls verknüpft werden kann. Dem essentiellen Einfluss der Elektronenemission während der Wechselwirkung des hochgeladenen Ions mit der Oberfläche auf den Prozess der Nanostrukturerzeugung wird in komplementären Untersuchungen zur Sekundärelektronenstatistik Rechnung getragen. Erstmalig werden dabei Gesamtelektronenausbeuten für Isolatoroberflächen bei kleinsten Projektilgeschwindigkeiten (v < 1x10^5 m/s) bestimmt. Für Geschwindigkeiten v < 5x10^4 m/s findet sich für die Isolatoroberfläche in starkem Kontrast zu Metallen ein signifikanter Abfall der Elektronenausbeute mit sinkender kinetischer Energie. Mögliche Ursachen dieses Effektes werden auf der Grundlage unterschiedlicher Modelle diskutiert.

In dieser Arbeit wird die Erzeugung permanenter Nanostrukturen durch den Beschuss mit langsamen (v < 5x105m/s) hochgeladenen (q < 40) Ionen auf den Oberflächen der Ionenkristalle CaF2 sowie KBr untersucht. Die systematische Analyse der Probenoberfläche mittels Raster-Kraft-Mikroskopie liefert detaillierte Informationen über den Einfluss von potentieller und kinetischer Projektilenergie auf den Prozess der Strukturerzeugung. Der individuelle Einfall hochgeladener Ionen auf der KBr(001)-Oberfläche kann die Erzeugung monoatomar tiefer, lochartiger Strukturen -Nanopits- mit einer lateralen Ausdehnung von wenigen 10nm initiieren. Das Volumen dieser Löcher und damit die Anzahl gesputterter Sekundärteilchen zeigt eine lineare Abhängigkeit von der potentiellen Energie der Projektile. Für das Einsetzen der Locherzeugung konnte ein von der Projektilgeschwindigkeit abhängiger Grenzwert der potentiellen Energie E_grenz^pot (Ekin) gefunden werden. Auf der Basis der defekt-induzierten Desorption durch Elektronen wurde unter Einbeziehung von Effekten der Defektagglomeration ein konsistentes mikroskopisches Modell für den Prozess der Locherzeugung konzipiert. Für die CaF2(111)-Oberfläche kann die aus jüngsten Studien bekannte, individuelle Erzeugung hügelartiger Nanostrukturen -Nanohillocks- durch hochgeladene Ionen in dieser Arbeit auch für kleinste kinetische Energien (E_kin < 150eVxq) verifiziert werden. Die potentielle Energie der einfallenden Ionen wird damit erstmalig zweifelsfrei als alleinige Ursache der Nanostrukturerzeugung identifiziert. Zudem zeigt sich bei geringer Projektilgeschwindigkeit eine Verschiebung der potentiellen Grenzenergie zur Hillock-Erzeugung. Im Rahmen einer Kooperation an der Technischen Universität Wien durchgeführte Simulationsrechnungen auf der Grundlage des inelastischen thermal spike-Modells zeigen, dass die individuelle Hillock-Erzeugung durch hochgeladene Ionen mit einer lokalen Schmelze des Ionenkristalls verknüpft werden kann. Dem essentiellen Einfluss der Elektronenemission während der Wechselwirkung des hochgeladenen Ions mit der Oberfläche auf den Prozess der Nanostrukturerzeugung wird in komplementären Untersuchungen zur Sekundärelektronenstatistik Rechnung getragen. Erstmalig werden dabei Gesamtelektronenausbeuten für Isolatoroberflächen bei kleinsten Projektilgeschwindigkeiten (v < 1x10^5 m/s) bestimmt. Für Geschwindigkeiten v < 5x10^4 m/s findet sich für die Isolatoroberfläche in starkem Kontrast zu Metallen ein signifikanter Abfall der Elektronenausbeute mit sinkender kinetischer Energie. Mögliche Ursachen dieses Effektes werden auf der Grundlage unterschiedlicher Modelle diskutiert.

Low energy (tens of eV) polyatomic cations were used as probes for characterization of monolayers of spontaneously chemisorbed thiols on gold. Characteristics including chemical composition, surface order and orientation of the self-assembled monolayers (SAMs) can be derived by monitoring the products of projectile ion neutralization, surface-induced dissociation (SID), and ion-surface reactions.To study the influence of the terminal group chemical structures and orientations of the SAMs on ion-surface interactions, a series of semi-fluorinated alkane thiols with difluoromethylenes buried underneath hydrocarbon terminal groups were examined (CH3CF2CH2− and CH3CH2CF2−). Compared to terminally fluorinated SAMs, they showed more projectile ion neutralization and less internal to vibrational energy deposition into precursor ions. Projectile ion-hydrocarbon reactions decreased significantly when difluoromethylenes are one or two bonds away from the terminal group. Furthermore, ion-surface reaction results on surfaces with odd and even chain lengths suggested that they have similar terminal methyl orientations to their hydrocarbon counterparts.Mixed monolayers of CF3CF2(CH2)14SH (F-SAMs) and CH3(CH2)15SH (H-SAMs) with systematically changing electron transfer, energy deposition and ion-surface reaction were prepared using mixed thiols solution and micro-contact printing (μ-CP). The solution mixture system showed linear variations in electron transfer and energy deposition with different F-SAM surface concentrations, while non-linear changes occur for ion-surface reaction suggesting strong lateral interactions between the two components. These interactions are minimized in the μ-CP system containing domains of each thiol. Energy deposition on the patterned surfaces varies non-linearly with changing F-SAM concentration which differs from the homogenously mixed system.To explore SID with a 90 collision angle, eV SID of a series of protonated peptide ions were performed in an in-line sector Time-Of-Flight (TOF) mass spectrometer. The results were compared to keV collision-induced dissociation (CID) data collected with the same instrument. Fragmentation efficiency for SID was higher than CID for those peptides. In addition to the excellent control over laboratory collision energies with SID, different amount of energy deposition can be achieved when varying surface composition, e.g. using mixed F-SAM/H-SAM.Reactive ion scattering spectrometry (RISS) results provided more in-depth knowledge of low energy ion-surface interactions that will promote usage of RISS as a novel surface characterization technique.

Ce manuscrit présente différentes études expérimentales des collisions en incidence rasante (< 3 degrés) sur LiF(001) d'ions simplement chargés tels que le néon et le fluor de basses énergies (< 3 keV). Le faisceau incident est pulsé. Le produit de la diffusion après une analyse en charge entre des plaques électrostatiques est détecté sur un détecteur sensible en position. Les particules secondaires (électrons ou ions) sont recueillies sur un détecteur composé de 16 unités de détection (2 galettes microcanaux) couvrant 2p stéradian au dessus de la surface. La technique de mesure de perte d'énergie (spectroscopie de translation) associée à la détection des particules diffusées en coïncidence avec les électrons émis de la surface lors de la collision d'ions néons simplement chargés, a permis de mettre en évidence des états excités de la surface. Ces états excités, localisés sur les ions fluors négatifs de la surface, sont soit centrés autour d'une seule lacune (les excitons), soit autour de 2 lacunes, ce dernier, complexe à 3 corps est connu dans la littérature sous le nom de trion. On trouvera dans ce manuscrit la première caractérisation de ces états par impact d'ions. Dans le cas du néon la capture correspond à une neutralisation Auger Les collisions d'atomes de fluors ont confirmé l'existence d'un seuil en vitesse, lors de la formation des ions négatifs. La formation de ces ions à partir d'ions positifs sous ce seuil, donne une preuve expérimentale d'une double capture simultanée. La valeur de la perte d'énergie s'explique correctement si l'on tient compte de l'interaction entre les deux lacunes voisines. La corrélation statistique se double donc d'une corrélation spatiale où les captures d'électrons s'effectuent sur deux sites halogènes voisins. Dans ce cas l'expérience ne permet pas de différencier un processus di-électronique d'un processus mono-électronique du second ordre alors que la théorie semble indiquer qu'il s'agit de processus du second ordre.

In dieser Arbeit werden Modellsysteme der Wechselwirkung von Atomen, Molekülen und deren Ionen mit Festkörperoberflächen studiert. Die Dissertation besteht aus drei Teilen. Im ersten Teil werden Experimente zur Streuung von He0 und He+ mit keV Energien unter streifendem Einfall an Al(111), Al(100) und Al(110) vorgestellt. Anteile überlebender Ionen und Verschiebungen der Winkelverteilungen für einlaufende Atome und Ionen sind in guter Übereinstimmung mit theoretischen Auger-Neutralisationsraten und He-1s-Grundzustandsenergieverschiebungen. Damit liegt ein detailliertes mikroskopisches Verständnis dieses Modellsystems der Atom-Oberflächen-Wechselwirkung vor. Die Studien wurden auf Edelgase und Oberflächen mit komplexerer elektronischer Struktur sowie Ionisationsprozesse erweitert. Im zweiten Teil wird die Formierung von doppelt-angeregten He-Atomen bei der Streuung von He2+ an Ni(110) und Fe(110) mittels Autoionisationsspektren studiert. Diese zeigen eine ausgeprägte Sensitivität auf die Belegung der Oberflächen mit Adsorbaten und deren Umordnung, Desorption bzw. Lösung im Volumen des Festkörpers bei Erhöhung der Temperatur. In diesem Rahmen ergibt sich eine alternative Interpretation aktueller Arbeiten, in denen Autoionisationsspektren zur Ableitung der Spin-Polarisation von Ni- und und Fe-Oberflächen verwendet wurden. Im dritten Teil werden Winkelverteilungen, Fragmentspektren und Ladungsanteile für die streifende Streuung von C60-Molekülionen mit an Al(100), Be(0001) und LiF(100) studiert. Es wird gezeigt, dass die elastischen Eigenschaften des Fullerens durch Metalloberflächen stark modifiziert werden. Anhand von Verschiebungen von Winkelverteilungen für einfach- und zweifach-geladene einlaufende Ionen werden erstmalig Abstände des Elektroneneinfangs für positiv geladene Fullerenionen vor Metalloberflächen gemessen. Für LiF(100) treten ausgeprägte Anregungen der Moleküle durch das periodische elektrische Feld der Oberfläche auf. / This work is devoted to the study of model systems for the interaction of atoms, molecules, and their ions with solid surfaces. The thesis consists of three parts. In the first part, He atoms and ions with keV energies are scattered under grazing angles of incidence from Al(111), Al(100), and Al(110). Fractions of surviving ions and shifts of angular distributions for incident atoms and ions, are in good agreement with theoretically calculated Auger neutralization rates and He 1s ground-state energy shifts. A detailed microscopic understanding for a model system of ion-surface interactions is concluded. The studies are extended to noble gas atoms and surfaces with a more complex electronic structure as well as the Auger ionization process. In the second set of experiments, the formation of doubly excited states of He atoms during collisions of He2+ ions with Ni(110) and Fe(110) is studied via autoionization spectra. The electron spectra show a pronounced dependence on the coverage of the target surface with adsorbates. Thermal desorption and dissolution of surface contaminations into the bulk at elevated temperatures provide an alternative interpretation of recent work where the local electron spin polarization of Ni and Fe surfaces was deduced from autoionization spectra. In the third part, angular distributions, fragmentation, and charge fractions are studied for grazing scattering of C60 fullerene ions from Al(100), Be(0001), and LiF(100). A strong perturbation of the elastic properties of the fullerene by a nearby metal surface is demonstrated. Shifts of angular distributions for incident singly and doubly charged ions for the metal surfaces provide the first information on distances of electron transfer for positively charged fullerenes in front of metal surfaces. For the LiF(100) surface, pronounced internal excitations due to interactions with the periodic electric field at the surface are observed.

Diese Arbeit untersucht den Einfluss der elektronischen Bandstruktur von Festkörperoberflächen auf den resonanten Ladungsaustausch zwischen Festkörpern und atomaren Projektilen. Dazu wurden diese atomaren Projektile an einkristallinen Cu(111)- und Cu(110)-Oberflächen gestreut. Die Streuung erfolgt unter streifendem Einfall, typischerweise bei Einfallswinkeln zwischen 0.5 bis zu 4 Grad zur Oberfläche bei Projektilgeschwindigkeiten von 0.05 bis zu 1.4 atomaren Einheiten. Unter diesen Bedingungen erfolgt kein Eindringen des Projektils in den Festkörper, sondern eine Reflektion des Projektils von der Oberfläche. Somit können die Ladungszustände der auslaufenden Projektile als Funktion von Projektilgeschwindigkeit und Einfallswinkel untersucht werden. Die Verteilung der Ladungszustände nach der Streuung hängt theoretischen Vorhersagen zufolge signifikant von der Bandstruktur der Festkörperoberfläche ab. Die Experimente wurden an zwei verschiedenen Cu-Oberflächen durchgeführt. Während die Cu(110)-Oberfläche gut durch das Modell des freien Elektronengases (jellium-Modell) beschrieben werden kann, ist die Cu(111)-Oberfläche durch eine Bandlücke im Bereich der Fermienergie sowie durch einen in der Bandlücke liegenden Oberflächenzustand gekennzeichnet. Um den Effekt der elektronischen Bandstruktur auf den resonanten Ladungsaustausch zwischen Festkörperoberflächen und atomaren Zuständen deutlich herauszustellen, wurden atomare Zustände, die sich energetisch in Resonanz zur Bandlücke befinden, untersucht. Insbesondere wurde der Ladungsaustausch von negativen Wasserstoff-, Fluor-, Chlor-, Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Schwefelionen sowie der Grund- und angeregten Zustände von Lithium, Natrium und Kalium mit Cu(110)- und Cu(111)-Oberfläche experimentell untersucht. Die Neutralisation hochgeladener Ionen an einer Cu(111)-Fläche wurde stellvertretend am Beispiel von bis zu 21-fach geladenen Xenonionen studiert. Gravierende Effekte der elektronischen Bandstruktur der Cu(111)-Oberfläche wurden durch die Theorie für die Formierung negativer Wasserstoffionen vorhergesagt. Nach den Ergebnissen der WPP-Methode wird das Maximum der Abhängigkeit der H- -Ausbeute von der Parallelgeschwindigkeit bei 6% erwartet, während bei einer jellium-Oberfläche gleicher Austrittsarbeit und Fermienergie nur etwa 0.3% negativer Ionen vorhergesagt werden. Mit einer experimentell ermittelten H- -Ausbeute von maximal 1% wird ein signifikanter Einfluß der elektronischen Bandstruktur auf den Ladungsaustausch bestätigt. Der Verlauf der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Ausbeute an negativen Ionen, insbesondere die Breite der Resonanzstruktur, deutet in Übereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage auf eine dominante Beteiligung des Oberflächenzustandes am resonanten Ladungsaustausch hin. Die Differenz zwischen experimentellen und theoretischen Ergebnissen wird durch die Existenz eines zusätzlichen Elektronen-Verlustkanals erklärt. Die Berücksichtigung der Streuung an Festkörperelektronen führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie. Die experimentelle Untersuchung der Neutralisation der Alkaliatome Lithium, Natrium und Kalium bestätigt einen signifikanten Einfluß der Bandlücke der Cu(111)-Oberfläche auf den resonanten Ladungsaustausch: Im Vergleich zur Vorhersage des jellium-Modells treten deutlich erhöhte Ausbeuten an neutralisierten Projektilen auf. Weiterhin finden sich in der Abhängigkeit der Neutralausbeuten von der Parallelgeschwindigkeit mehrere Maxima bzw. Schulterstrukturen, die auch von der WPP-Theorie qualitativ vorhergesagt werden. Die bei der Formierung negativer Halogenionen experimentell beobachtete Signatur der elektronischen Bandstruktur ist schwächer, als dies bei der Neutralisation von Alkaliatomen und der Formierung negativer Wasserstoffionen beobachtet werden konnte. Ein deutlicher Effekt der Bandlücke kann aber auch hier, wie auch bei der Streuung von Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Schwefelionen, konstatiert werden. Die Untersuchung des Ladungsaustausches an der Cu(110)-Oberfläche ergab in allen Fällen eine gute Übereinstimmung mit der Vorhersage des jellium-Modells. Die in dieser Arbeit vorgestellten experimentellen Ergebnisse zeigen, daß die elektronische Bandstruktur der Cu(111)-Oberfläche den resonanten Ladungsaustausch substantiell beeinflußt. Das wurde besonders am Beispiel der Formierung negativer Wasserstoffionen und der Neutralisation von Alkaliatomen überzeugend demonstriert. Die Überzeugungskraft der experimentellen Ergebnisse wird durch die gute Übereinstimmung der an der (110)-Fläche des gleichen Metalls erzielten experimentellen Resultate mit den Vorhersagen des jellium-Modells erhöht. / This thesis investigates the influence of the electronic band structure of single crystal surfaces on the resonant charge transfer between solid and atomic projectiles. Atoms and ions were scattered off Cu(111)- and Cu(110) surfaces under grazing incidence conditions with angles of incidence between 0.5 to 4 degrees. Projectile velocities were varied between 0.05 and 1.4 atomic units. In this regime no penetration of the projectile into the solid occurs. Instead, the projectile is reflected from the crystal surface. Therefore the charge state distribution of scattered projectiles can be investigated as a function of the incidence conditions. According to theoretical predictions this charge state distribution strongly depends on the electronic band structure of the surface. The experiments were performed on 2 different Cu surfaces. While the Cu(110) surface can be well described by the free electron gas model (also refered to as jellium model), the Cu(111) surface is characterized by a bandgap around the Fermi energy and a surface state within this bandgap. To investigate the effect of the electronic band structure on the resonant charge transfer between solids and atoms/ions, the projectiles were choosen in a way that the atomic valence state is in resonance to the bandgap. In particular the formation of negative hydrogen, fluorine, chlorine, oxygen, carbon and sulfur ions as well as the population of ground and excited states of lithium, sodium and potassium in front of Cu(110) and Cu(111) surfaces was investigated. The neutralization of highly charged (up to 21 times positively charged) xenon ions in front of a Cu(111) surface was studied as well. A significant impact of the band structure of the Cu(111) surface has been theoretically predicted for the formation of negatively charged hydrogen ions. From wave packet propagation calculations 6% negative hydrogen ions are expected in front of a Cu(111) surface, compared to 0.3% that are expected for a jellium surface of the same work function and Fermi level. The experimental result of 1% confirms a significant influence of the electronic band structure on the charge exchange. The shape of the velocity dependence of the negative ion yield, in particular the width of this dependence, implies a dominant contribution of the surface state to resonant charge exchange in compliance with the theoretical predicition. The discrepancy between experimental data and theoretical prediction is explained by taking an additional electron loss channel into account. The consideration of scattering from electrons in the solid conduction band significantly improves the agreement between experimental and theoretical data. The investigation of the neutralization of the alkali atoms lithium, sodium and potassium confirms a significant influence of the electronic band structure of the Cu(111) surface on the resonant charge transfer. Significantly higher yields of neutralized projectiles as compared to the prediction of the jellium model are found. Furthermore the parallel velocity dependences of the neutral atom yield shows maxima or shoulder structures which are qualitavely reproduced by wave packet propagation calculations. The formation of negative halogen ions shows less pronounced effects of the Cu(111) surface band structure. However, also for these projectils a significant influence of the band structure on the resonant charge transfer is experimentaly confirmed. This holds as well for the formation of negatively charged oxygen, carbon and sulfur ions. The investigation of the resonant charge transfer in front of a Cu(110)surface resulted for all ions investigated in a good agreement between experiment and theory. The experimental results presented in the framework of this thesis show, that the electronic band structure of the Cu(111) surface has a substantiell impact on the resonant charge transfer. This has been presented in a particularly convincing way by the investigation of negative hydrogen ion and neutral alkali atom formation in front of a Cu(111) surface. The cogency of the experimental results is improved by the good agreement between the experimental results achieved at the Cu(110) surface and the theoretical prediction for a jellium metal.

Ce manuscrit rapporte différentes études expérimentales de collisions sous incidence rasante rasantes (<3 deg.) d'atomes et d'ions de H^+, Ne^+, Ne^0 , Na^+...à des énergies voisines du keV avec une surface mono-cristalline d'isolant ionique, le fluorure de lithium LiF(100). Le faisceau incident est pulsé et les particules diffusées sont recueillies sur un détecteur sensible en position procurant les sections efficaces différentielles tandis que temps de vol détermine la perte d'énergie. L'analyse de l'état de charge se fait par un déflecteur électrostatique. Les électrons secondaires sont détectés en coïncidence permettant une mesure de leur temps de vol et donc de leur énergie. On mesure également le rendements d'émission électronique et la distribution angulaire. La structure électronique de ce type de cible, caractérisée par la présence d'une large bande interdite, affecte profondément les mécanismes d'échange de charge, d'excitation électronique et d'émission électronique. Ces études mettent en évidence la création de d'états excités de la cible "excitons de surface" qui contribuent fortement au pouvoir d'arrêt. La neutralisation Auger des ions He^+ et Ne^+ est accompagnée de la population d'excitons délocalisés sur deux lacunes électroniques: des "trions". L'énergie de liaison de ces états est directement déterminée à partir des bilans d'énergie. Deux mécanismes de perte d'énergie nucléaire sont également mesurés. Ces processus impliquent un transfert de moment soit vers un seul atome de la cible lors de collisions rapprochées (collisions binaires) soit, si le projectile est chargé, vers les modes collectifs de phonons optiques par l'intermédiaire du champ coulombien du projectile. L'effet observé de la température sur le profil de diffusion, la contribution des défauts topologiques de la surface au profil de perte d'énergie et a l'effet ricochet sont analysés par des simulations de trajectoire classique.

The presented work investigates planar and axial channeling effects in ion-surface collisions. Therefore, energy loss and charge state distributions depending on the crystalline surface direction are recorded and analyzed. Several additional scattering parameters, like the primary energy, the outgoing charge state, the scattering angle, and the angle of incidence are varied. Multi-peak structures in the energy spectra are observed under axial channeling conditions and attributed to different trajectory classes. Using combined trajectory and inelastic energy loss calculations we are able to unambiguously assign the different peaks in the energy spectra to the different types of trajectories found in the calculations. By this, we investigate the electronic density corrugation at different metal surfaces. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluß von axialem und planarem Channeling auf den Energieverlust von oberflächengestreuten Ionen. Es werden Energieverlustspektren und Ladungsverteilungen in Abhängigkeit der Parameter Primärenergie, gestreuter Ladungszustand, Streuwinkel, Einfallswinkel und der azimuthalen Ausrichtung der Oberfläche gemessen. Im Fall von axialem Channeling beobachten wir in den Energiespektren eine Multi-Peak Struktur. Diese läßt sich auf unterschiedliche Teilchentrajektorien zurückführen. Zusammen mit theoretischen Berechnungen des inelastischen Energieverlustes kann eine eindeutige Zuordnung zwischen dem gemessenen Energieverlust und der dazugehörigen Trajektorienart gemacht werden. Diese Technik erlaubt es uns, die elektronische Dichtekorrugation an Oberflächen zu studieren.