Transferencia electrónica en interacciones dinámicas enter Ne+ y MoS2

BUITRAGO PAULA; M. ROMERO; BONIN C; R. A. VIDAL; GARCIA E.; F. BONETTO

Rosario

Congreso; IX Reunión Nacional de Sólidos; 2023

La transferencia de electrones entre átomos es un proceso fundamental que ha sido estudiado desde los inicios de la física y la química. En particular, la transferencia de carga durante las colisiones entre iones proyectiles y superficies constituye una de las bases para el análisis de las superficies. En este trabajo se analiza teórica y experimentalmente la probabilidad de neutralización en la dispersión de iones de Ne$^{+}$ por una superficie semiconductora de disulfuro de Mo (MoS$_{2}$) en una configuración geométrica de retrodispersión (backscattering).Desde el punto de vista experimental, se utilizó la técnica de dispersión de iones de baja energía (LEIS) para determinar experimentalmente las fracciones de iones retrodispersados por los átomos de Mo después de la colisión. Si bien el ángulo de scattering es fijo e igual a 135$^{o}$, los ángulos de entrada y salida pueden ser modificados sin restricciones. En este trabajo, dos geometrías de colisión fueron exploradas: i) un ángulo de incidencia de 45$^{o}$ y un ángulo de salida de 90$^{o}$ (ambos relativos a la superficie de la muestra), y ii) un ángulo de incidencia de 90$^{o}$ y un ángulo de salida de 45$^{o}$. La energía de incidencia se varió entre 1.5 y 8 keV.Experimentalmente se encontró una alta tasa de neutralización en los proyectiles retrodispersados (del orden del 95%), prácticamente independiente de la energía del proyectil y de la geometría de la colisión. Además, se determinó que los restantes iones dispersados son, dentro del error experimental, todos positivos.Por comparación, se realizó el mismo experimento en una superficie de Molibdeno metálico policristalino en el cual, si bien se encontraron diferencias con el MoS$_{2}$, se observó una alta tasa de proyectiles neutros retrodispersados. Por el lado teórico, se aplicó un formalismo mecánico-cuántico basado en primeros principios para describir los procesos de transferencia de carga resonante involucrados en la situación dinámica descripta anteriormente. Se examinan detalladamente todos los ingredientes físicos involucrados en el problema de intercambio de carga analizado, tales como la densidad de estados de la superficie, el número de átomos considerados para describir colisión ion-superficie, la inclusión de estados del core de la superficie, y la relevancia de la posición en energía del proyectil en relación con el nivel de Fermi de la superficie blanco.Nuestros cálculos muestran que: i) los estados internos (core) del Mo juegan un rol central en la transferencia de carga en este sistema, ii) es necesaria la inclusión de 4 átomos (Mo dispersor + 3 S) para una convergencia apropiada de los niveles de ionización y afinidad y sus anchos, y iii) el estado de carga del proyectil se define principalmente en la trayectoria de salida, existiendo una neutralización casi completa durante la trayectoria de entrada del proyectil. Cálculos preliminares muestran que la alta tasa de proyectiles neutros encontrada experimentalmente no es adecuadamente descripta por la única contribución de intercambio de carga resonante al estado fundamental. De este modo, inferimos que otros mecanismos tales como la neutralización Auger o la neutralización resonante a los estados excitados del proyectil deberían incluirse en el modelo teórico para una correcta descripción de la transferencia de carga en este sistema. La inclusión de estados excitados (correlacionados con el estado fundamental) nos llevaría a una neutralización más en acuerdo con la data experimental.[1] H.H. Brongersma, M. Draxler, M. de Ridder, P. Bauer, Surf. Sci. Rep. 62 (2007) 63.[2] Evelina A. García, C. González Pascual, P. Bolcatto, E. C. Goldberg, Surf. Sci. 600 (2006) 2195; M. A. Romero, A. Iglesias-García, Evelina A. García, E. C. Goldberg, Phys. Rev. B100 (2019) 085432.[3] A. Iglesias-García, F. Bonetto, R. Vidal. J. Ferrón, E. C. Goldberg, Phys. Rev. A89 (2014) 042702.