Transferencia de carga en colisiones lentas de protones con una superficie de Cu(111).

V. QUINTERO RIASCOS; E. GOLDBERG; M. TACCA; F. BONETTO; R. VIDAL

Santa Fe, Argentina

Congreso; 104 Reunion de la Asociación Física Argentina; 2019

    Se analiza desde el punto de vista experimental y teórico la formación de iones positivos y negativos durante el proceso de intercambio de carga en colisiones de protones (H+) con un sustrato metálico de Cu (111). Por el lado experimental, se utilizó la técnica de caracterización superficial LEIS (Low Energy Ion Scattering)  para determinar el estado de carga de los proyectiles luego de  la colisión de los mismos sobre esta superficie-blanco. Las mediciones se realizaron en condición de backscattering, para un ángulo de dispersión fijo de 135º. Se analizó un amplio rango de energías de entrada del proyectil, entre 2 y 8 keV; se estudiaron dos geometrías diferentes de colisión: para ángulos de entrada/salida 45º/90º y 67.5º/67.5º medidos con respecto a la superficie y se determinó la dependencia del intercambio de carga con el ángulo azimutal de la muestra.     Con el propósito de profundizar en el entendimiento de los ingredientes físicos que determinan el estado final de carga de los proyectiles luego de colisionar con las superficies descriptas, se realizaron cálculos teóricos aplicando un formalismo mecánico cuántico basado en primeros principios para describir las fracciones de carga finales en los sistemas analizados. El modelo teórico, centrado en el Hamiltoniano de Anderson, introduce el cálculo del término de acoplamiento entre los estados del sólido y los del átomo a partir de las propiedades extendidas y localizadas del sólido descriptas por su matriz densidad, y los acoplamientos atómicos entre el átomo proyectil y cada átomo de la superficie capaz de interactuar con él. En este modelo se contempla también el tratamiento perturbativo hasta un segundo orden de la repulsión electrónica en el estado del proyectil. De esta forma los tres estados de carga del proyectil (positivo, negativo y neutro) son calculados teniendo en cuenta la correlación electrónica. Una limitación del cálculo de las fracciones de carga reside en que en el mismo se considera una trayectoria del proyectil perpendicular a la superficie. De aquí surge la elección de las dos configuraciones geométricas experimentales descriptas arriba.      De la comparación directa de  los resultados experimentales obtenidos para ambas configuraciones geométricas, se observa una dependencia con la energía muy sensible a los ángulos de entrada/salida, aun cuando las magnitudes de las fracciones de carga no se alteran sustancialmente. Las fracciones de iones negativos exceden a las de iones positivos en prácticamente todo el rango de energía, para cualquiera de las geometrías estudiadas, causando de este modo que la dependencia de la fracción total de iones con la energía de entrada sea fundamentalmente determinada por la fracción de iones negativos. Los resultados del cálculo dinámico de las fracciones de carga de H+ dispersado por la superficie de Cu(111) muestran una dependencia no monótona con la energía de entrada y describen relativamente bien los resultados experimentales, especialmente las fracciones de iones negativos para la geometría de colisión especular. El comportamiento oscilatorio predicho por la teoría en el rango de bajas energías es una clara evidencia de la influencia del estado superficial localizado inmerso en el L-Gap presente en la superficie de Cu(111). Las diferencias importantes entre las mediciones y la teoría; y el análisis de tiempos característicos indican que la trayectoria de entrada del proyectil juega un papel preponderante en el problema de transferencia de carga en este sistema.