Systematic study of heavy ions stopping in solids at the low velocity regime

A perda de energia de íons na matéria é um tópico importante não apenas devido à sua direta aplicação nas técnicas de análises de materiais mas também na compreensão da interação íon-átomo. O conhecimento preciso do poder de freamento de íons pesados a baixas energias é cada vez mais necessário em ciências dos materiais assim como na física nuclear básica, como por exemplo, no Método da Atenuação do Deslocamento Doppler (DSAM, na sigla em inglês). Nessa técnica, o conhecimento do poder de freamento é utilizado para determinar uma referência temporal para o decaimento nuclear enquanto em recuo em um substrato, tipicamente Au ou Pb. No entanto, o freamento de íons pesados em sólidos é ainda pouco compreendido principalmente com respeito a região de baixas energias devido às dificuldades adicionais que surgem da complicada dependência entre o estado de carga do projétil e sua velocidade instantânea no freador. Como modelos teóricos não são capazes de fornecer fornecer previsões quantitativas confiáveis, os principais modelos utilizados atualmente são de natureza semiempírica. O principal objetivo desse trabalho se concentra na obtenção de novos dados experimentais na região de energia de 100-500 keV/u.m.a., para o freamento de Ti, V, Cr, Co, Ni em Au e Ge e de Ti e Cr em Pb. Os dados experimentais com os íons de Ti, V e Cr foram obtidos utilizando a técnica de espalhamento elástico, na qual o feixe primário é espalhado por átomos de um fino alvo ( 100µg/cm²). O feixe primário espalhado produz átomos do alvo com baixas energia em recuo numa determinada direção. Os experimentais com íons de Co e Ni foram obtidos utilizando um arranjo de ToF-E (Time of Flight - Energy ) que permite a medida do freamento ao longo de uma região contínua de energia. Nesta técnica, para a produção de um feixe com ampla distribuição em energia, o feixe primário monoenergético é espalhado por substrato de Au. Os dados experimentais foram comparados com as previsões da Teoria Binária (TB) e Aproximação de Convolução Unitária (ACU) e dos modelos semiempíricos de Ziegler, Biersack e Littmark (ZBL) e de Northcliffe e Schilling (NS). Apesar dos modelos descreverem razoavelvii mente bem os freamentos de Ti, V e Cr em Au, os dados experimentais para o freamento de Ni em Au, por exemplo, chegam a ser 2 vezes maiores que as previsões de ZBL.The energy loss of ions in materials is an important issue not only because of its direct applications on material analysis techniques, but also for the understanding of the interactions. Accurate knowledge of heavy ion stopping power at low energies is necessary in materials science as well as in basic physics, e. g. in the Doppler Shift Attenuation Method (DSAM). In this technique the knowledge of stopping power is used to determine the timescale for the decaying nuclei while slowing down in a heavy substrate, usually Au or Pb. Nevertheless, the stopping power of solids for heavy ions is still poorly known. Regarding to low energies, this is especially true due to additional difficulties arising from a complicated dependence of the projectile charge state and its istantaneous velocity in the medium. Since theoretical models are unable to produce reliable quantitative predictions, most models currently in use are of semiempirical nature. The main aim of this work is to present new experimental data in the energy range 100-500 keV/u for Ti, V, Cr, Co and Ni ions slowing down in Au and Ge, and Ti and Cr ions slowing down in Pb. Experimental data for Ti, V, Cr ions were obtained using the elastic recoil technique, where a primary beam is scattered by heavy ions from a thin target (100µg/cm²). The scattered primary beam produces recoiling atoms of the target at low energies and at a given direction, where it is placed the stoppers. Experimental data for Co and Ni ions were obtained using a ToF-E apparatus (Time of Flight - Energy detection system) which allows measuring stopping over a continuous energy range. To produce a beam of Co, for instance, with broad energy range its monoenergetic beam is scattered away by a Au substract. Our experimental data were compared to TB and UCA theories and ZBL and NS semiempical models. Although there is an overall agreement between experiment and theory for Ti, V and Cr ions, the experimental stopping power for Ni in Au, for instance, is about 2 times greater than the ZBL prediction