A whole range of powerful techniques available to material scientists today employ the use of positions. Most modern positron-based techniques require the production of a focused low-energy beam. Of fundamental importance to achieve a sharply focused positron beam is the ability to measure the beam’s cross section at the desired focal point. Since determining the optimal currents and voltages to be applied to the focusing elements is an iterative process steered by optimizing algorithms, the time required to focus a positron beam heavily depends on the speed of both the beam monitoring and field adjustment. Using state of the art technology, beam focusing at the NEPOMUC beamline at FRM II usually requires hours to complete [1]. In this thesis a novel approach to imaging the cross section of a positron beam was investigated, with the ultimate goal of superseding the current methods in speed and resolution. The proposed design is based on the use of commercial image sensors, such as they are found in smartphones and webcams. Specifically, the sensors in question are of the type employing complementary metal-oxide semiconductors (CMOS) to amplify a photo-generated charge – such sensors are, today, ubiquitous and affordable. The tests performed on commercially available sensors confirmed their viability as positron detectors, with performances that exceed, on specific metrics, that of specialized equipment. Specifically, sensors that were modified by coating them with a thin layer of phosphor showed the capability to image positron beams having very low implantation energies, as long as the beam emittance exceeds 350 positrons/s/mm2 at the sensor surface, with a lateral resolution of 10 μm. Sensors that were modified by removing their microlens array and color filter were shown to be able to detect single positrons having a kinetic energy in excess of 5.5 keV, with an efficiency close to 100% and a lateral resolution below 1 μm. These results are extremely promising and demonstrate the potential of modern integrated imaging sensors as positron detector devices.    «

A whole range of powerful techniques available to material scientists today employ the use of positions. Most modern positron-based techniques require the production of a focused low-energy beam. Of fundamental importance to achieve a sharply focused positron beam is the ability to measure the beam’s cross section at the desired focal point. Since determining the optimal currents and voltages to be applied to the focusing elements is an iterative process steered by optimizing algorithms, the...    »

Eine Vielzahl von Analyseverfahren in der modernen Festkörperphysik beruht auf dem Einsatz von Positronen als Sonden. Die meisten dieser Methoden erfordern die Kollimation der Positronen in einen fokussierten, niedrigenergetischen Teilchenstrahl. Für die Erzeugung eines fokussierten Positronenstrahls ist die Erfassung des Strahlquerschnitts in der gewünschten Zielebene essenziell. Da das Einstellen der optimalen Ströme und Spannungen an den diversen Fokussierelementen einen iterativen Prozess darstellt, ist die Dauer der Strahloptimierung primär von der Aufnahmegeschwindigkeit der Strahlerfassung sowie der Aktualisierungsrate der Positronenoptik abhängig. Bisher dauert es in der Regel mehrere Stunden, um die Strahlfokussierung des NEPOMUC Experiments am FRM II abzuschließen [1]. In dieser Arbeit wurde ein neuartiger Ansatz zur Abbildung von Positronenstrahlen untersucht, der die etablierten Methoden sowohl in Erfassungsgeschwindigkeit als auch Auflösung übertreffen soll. Das hier beschriebene Verfahren basiert auf der Verwendung von handelsüblichen Bildsensoren, wie sie beispielsweise in Smartphones und Webcams zum Einsatz kommen. Konkret werden sogenannte CMOS-Sensoren genutzt, welche komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter verwenden, um photoelektrische Signale zu verstärken. Diese Art von Bildsensor ist heute allgegenwärtig und dank Massenproduktion besonders günstig. Die Versuche mit handelsüblichen CMOS-Sensoren bestätigten deren Eignung als Positronendetektoren und sind in der Lage den Stand der Technik im Hinblick auf Auflösung zu übertreffen. Insbesondere war mit durch eine Phosphorbeschichtung modifizierten Sensoren die Abbildung von Positronenstrahlen mit sehr niedrigen Energien mit einer lateralen Auflösung von 10 µm möglich, sofern die Emittanz des Strahls über 350 Positronen/s/mm2 lag. Sensoren, bei denen die Mikrolinsen und der Farbfilter entfernt wurden, waren in der Lage einzelne Positronen mit einer kinetischen Energie von mindestens 5.5 keV mit einer Effizienz nahe 100% und einer lateralen Auflösung unter 1 μm zu detektieren. Diese Ergebnisse sind äußerst vielversprechend und zeigen das Potenzial moderner Bildsensoren als Positronendetektoren.    «

Eine Vielzahl von Analyseverfahren in der modernen Festkörperphysik beruht auf dem Einsatz von Positronen als Sonden. Die meisten dieser Methoden erfordern die Kollimation der Positronen in einen fokussierten, niedrigenergetischen Teilchenstrahl. Für die Erzeugung eines fokussierten Positronenstrahls ist die Erfassung des Strahlquerschnitts in der gewünschten Zielebene essenziell. Da das Einstellen der optimalen Ströme und Spannungen an den diversen Fokussierelementen einen iterativen Prozess...    »