El laboratorio de Colisiones Atómicas (LCA) fue establecido en el Departamento de Física de la Universidad Técnica Federico Santa María el año 2004, por el Dr. Jorge E. Valdés Leyton con el apoyo incondicional del profesor Gastón Agüero.
El propósito de este laboratorio es llevar a cabo investigaciones fundamentales en el área de interacción de partículas cargadas con sólidos. Esta área se ha convertido en un tema de considerable interés en la física experimental y teórica, y que es relevante en áreas aplicadas de ciencia y tecnología de materiales, tecnología de fusión, dispositivos electrónicos, implantación de iones, radiación en medicina, caracterización y modificación de materiales, ciencia y tecnologías espaciales, protección contra radiación, etc.
En particular, en el LCA se realizan estudios relacionados con los procesos de transferencia de energía de partículas cargadas energéticas que impactan y atraviesan blancos ultradelgados de dimensiones nanométricas (<30 nm). Los materiales que se han usado hasta ahora en este tipo de blancos son elementos puros (C, Al, Si, Au, Pd, Ta, etc.), alotropes del carbono tales como grafeno y nanotubos, etc. Estos blancos han podido ser estudiados en estado cristalino, policristalino y amorfo.
El rango de energía utilizado es de 0.5 a 10 keV/u, que corresponde a la mitad inferior del rango de energía de la espectroscopia de dispersión de iones de baja energía (LEIS, Low Energy Ion Scattering Spectroscopy, también llamada ISS, Ion Scattering Spectroscopy).
Estos estudios nos permiten ahondar en los mecanismos básicos de transferencia de energía, producida a través de colisiones elásticas e inelásticas entre las partículas incidentes y los átomos del blanco. Producto de esta interacción se generan diversos efectos secundarios, emisión de electrones, átomos incidentes reflejados, átomos emitidos por el blanco, implantación, etc. Las mediciones de la energía de las partículas en estos experimentos nos permiten determinar las secciones eficaces de transferencia de energía (material stopping power), las secciones eficaces en energía y ángulo de las partículas transmitidas y aquellas reflejadas (backscattering), y realizar estudios de estados de carga de las partículas detectadas.
Recursos disponibles en el LCA
El equipamiento principal de este laboratorio es un acelerador de iones de baja energía (1-10 keV/u) que consiste en: una fuente de iones tipo COLUTRON de cátodo caliente; óptica de manipulación de haz; analizadores de energía de tipo electrostática (ESA-Comstock) y de tiempo de vuelo (TOF) incluyendo electrónica de detección. El haz de iones es generado por la fuente de iones con corrientes totales entre 10-7 y 10-12 A. El haz de iones se enfoca sobre el blanco con un sistema de lentes electrostáticos (Einzel lens) y su masa se discrimina a través de un filtro de velocidades (Wien filter). La energía del haz de iones se mide mediante un analizador de energía electrostática de sector esférico de 160º (ESA analyzer) con una resolución inferior a 1%. La energía incidente del haz oscila entre 0.5 y 10 keV / u. La dirección del haz incidente puede incidir en cualquier ángulo sobre la superficie del blanco. Los iones se pueden detectar dentro de un pequeño cono angular de < 0. 5º, alrededor de la dirección de incidencia en +/- 35 grados. El blanco se coloca frente al haz incidente con un manipulador de alta precisión de cinco ejes, tres de traslación y dos de rotación (polar y azimutal). El rango de presiones base del acelerador es 4 y 7 10-7 mbar. La cámara de colisiones opera en el rango de presiones menores mbar. Las presiones indicadas son alcanzadas con 4 bombas turbo-moleculares y una bomba iónica de alta capacidad enfriada con nitrógeno líquido.
