Strahlen hochgeladener Ionen für die Oberflächenanalytik
Die Entwicklung Dresdner Physiker erschließt auch in der Krebstherapie vielversprechende Möglichkeiten
Ionen sind heute weitverbreitet für unterschiedliche Applikationen in der Analytik von Oberflächen, deren effizienter Bearbeitung sowie in der Nanostrukturierung. Besonders viel versprechend für zukunftsweisende Technologien ist der Einsatz hochgeladener Ionen, denn diese verfügen über hohe Neutralisationsenergien, die bei der Wechselwirkung mit Festkörperoberflächen in extrem kurzen Zeiten und bei hohen Energiedichten in Nanometerbereichen freigesetzt werden. Damit können auf den Oberflächen fester Körper Strukturen im Nanometerbereich erzeugt werden.
Um hochgeladene Ionen erfolgreich anwenden zu können, ist deren Erzeugung in preiswerten, kompakten und stabil arbeitenden Quellen erforderlich. Mit der Entwicklung von Ionenquellen des „Dresden EBIT“–Typs (Dresden Electron Beam Ion Trap) gelang Dresdner Physikern hier nun ein entscheidender Durchbruch. Eine Arbeitsgruppe um Dr. Günter Zschornack, Institut für Angewandte Physik der TU Dresden, und die DREEBIT GmbH entwickelten gemeinsam diese neuartigen Ionenquellen. Besonders mit ihrem spektakulären Innenleben macht diese Entwicklung von sich reden. Dr. Zschornack erläutert: „Um hochdichte Elektronenstrahlen als Ionisationsmedium zu formieren, verzichten wir auf nahe des absoluten Nullpunkts arbeitende supraleitende Magnete. Bei Raumtemperatur pressen wir einen in der Ionenfalle eingeschlossenen Elektronenstrahl mit Magnetfeldern zu extrem hohen Dichten zusammen und beschießen mit den Elektronen dieses Strahls dann jene Atome, die in den Strahl eingebracht und dort in einer elektrostatischen Falle gefangen werden. Der Elektronenstrahl entreißt der Atomhülle die Elektronen und erzeugt so positiv geladene Ionen. Ein elektrisches Feld extrahiert die Ionen aus dem Elektronenstrahl und ermöglicht so verschiedene Anwendungen.“
Vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten sieht das Entwicklerteam zum Beispiel für den Einsatz in sogenannten Focused Ion Beam (FIB)-Anlagen. So könnten mittels Ionenbeschuss künftig Datenspeicher entstehen oder die Ionen für das effektive Erzeugen von Quantendotstrukturen mit völlig neuen und hochwertigen Eigenschaften genutzt werden. Ähnlich effizient ist die Nutzung hochgeladener Ionen in der sogenannten Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry. Der Einsatz der Dresdner EBIT erlaubt hier das Verwenden unterschiedlichster „Ionensorten“ - jedoch ohne die Ionenquelle des Spektrometers umrüsten zu müssen. Damit wird eine neue Gerätegeneration verfügbar, die in ihren Einsatzmöglichkeiten bisher genutzte Geräte deutlich übertrifft.
Das Funktionsprinzip der Ionenquelle „Dresden EBIT“ wurde zum internationalen Patent angemeldet, in den USA ist es bereits patentiert.
Mit dem Bau einer besonders leistungsfähigen Quelle der Dresden EBIT-Familie, der Dresden EBIS-SC, ergeben sich nunmehr auch in der medizinischen Teilchentherapie neue Anwendungen. So haben die Dresdner Physiker die Vision, für die beschleunigergestützte Krebstherapie Strahlen hochgeladener Kohlenstoffionen bereitzustellen und damit einen spürbaren Fortschritt bei den technischen und wirtschaftlichen Parametern bestehender Anlagen zu erreichen.
Der Freistaat Sachsen und der EFRE-Fond der EU unterstützen das Projekt.
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