Línea de Tiempo de Vuelo
Trabajando en el sistema de ERDA-TOF durante un experimento con el Dr. Joonkon Kim
Espectro de ERDA-TOF de una muestra de LiNbO3 donde los isótopos de 6Li y 7Li son perfectamente resueltos con un haz de 20 MeV de I4+.
Científico responsable: Andrés Redondo Cubero
La línea de tiempo de vuelo (TOF) del CMAM se encuentra en el puerto de 10º del imán de salida del acelerador. Está específicamente diseñada para hacer análisis por detección elástica de iones (ERDA) con haces pesados como el 35Cl, 79Br, 127I o 197Au. Esta línea permite realizar perfiles en profundidad con resolución en masa para elementos ligeros (Z<14) gracias a la detección simultánea de la energía de los iones expulsados de la muestra y el tiempo de vuelo.
La óptica de la línea incluye dos juegos independientes de rendijas para controlar la posición y divergencia del haz. Para el diagnóstico se dispone de un monitor de perfil de haz y una copa de Faraday. El porta-muestras está preparado para almacenar hasta 12 muestras, que se controlan con un goniómetro de 3 ejes.
El telescopio de tiempo de vuelo, colocado a 40º de ángulo de dispersión, está basado en el diseño de la Universidad de Jyväskylä y tiene dos estaciones separadas 456 mm. Cuando las partículas cruzan las estaciones de tiempo se genera una señal electrónica rápida. Esta señal se amplifica y discrimina para luego convertirla en una medida de tiempo. Así, se produce un pulso proporcional al tiempo entre la salida y llegada del ión. La energía de la partícula se mide en un detector de energía situado a 869 mm de la muestra
Las señales de tiempo de vuelo y energía se digitalizan y guardan en un analizador multiparamétrico que selecciona los eventos en coincidencia. La señal de energía se usa para la separación en masa mientras que la señal de tiempo se usa para el perfil en profundidad debido a su mejor resolución.
ERDA-TOF es una técnica poderosa para la detección de impurezas comunes como H, C, N y O, así como para la identificación de isótopos ligeros (e.g., 6Li and 7Li ). Sin embargo, este método no está limitado a estos elementos y permite obtener perfiles de composición en profundidad para un gran rango de átomos, incluyendo elementos pesados, con sensibilidades de 0.1% y resolución de pocos nanómetros. En los casos prácticos más habituales el rango máximo de análisis son 500 nm. La resolución en masa es de 1 unidad atómica de masa para la mayor parte de los elementos de interés.
Recent publications related with ERDA-ToF beamline:
- [1] A. Ropero-Real, N. Gordillo, J.L. Pau, A. Redondo-Cubero, ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 56655 (2021). DOI: https://doi.org /10.1021/acsami.1c17578
- [2] M. Gómez-Castaño, J.L. Pau, A. Redondo-Cubero, Cryst.Eng.Comm. 20, 3666 (2018). DOI: https://doi.org/10.1039/C8CE00390D
- [3] M. Gómez-Castaño, A. Redondo-Cubero, L. Vázquez, J.L. Pau, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 29163 (2016). https://doi.org /10.1021/acsami.6b09805