Быстрый тяжелый ион
Быстрые тяжелые ионы являются компонентами пучка частиц с достаточно высокой энергией, поэтому электронное торможение преобладает над ядерным торможением . [ 1 ] [ 2 ] Их ускоряют в ускорителях частиц до очень высоких энергий, обычно в диапазоне МэВ или ГэВ , и они обладают достаточной энергией и массой, чтобы проникать в твердые тела по прямой линии. Во многих твердых телах быстрые тяжелые ионы выделяют достаточно энергии, чтобы создать постоянно видоизмененные цилиндрические зоны, так называемые ионные треки . Если облучение проводится в исходно кристаллическом материале, треки ионов представляют собой аморфный цилиндр. [ 1 ] Ионные треки могут быть созданы во многих аморфизирующихся материалах, но не в чистых металлах, где высокая электронная теплопроводность рассеивает электронный нагрев до того, как ионный трек успеет сформироваться.
Определение
[ редактировать ]Пучки тяжелых ионов обычно описываются с точки зрения их энергии в мегаэлектронвольтах (МэВ), деленной на массу атомного ядра, записываемую «МэВ/ед.». Чтобы ионный пучок считался «быстрым», составляющие его ионы должны быть углеродными или более тяжелыми, а энергия должна быть такой, чтобы частицы пучка имели скорость, сравнимую со скоростью Бора . [ 3 ]
Формирование ионного трека
[ редактировать ]
Механизмы образования ионных треков являются предметом споров. Можно считать, что они производят тепловые всплески. [ 4 ] [ 5 ] в том смысле, что они приводят к сильному нагреву решетки и временной неупорядоченной атомной зоне. Однако, по крайней мере, начальную стадию повреждения можно было бы лучше понять с точки зрения механизма кулоновского взрыва . [ 6 ] Независимо от механизма нагрева, точно известно, что быстрые тяжелые ионы обычно вызывают длинные, почти цилиндрические следы повреждений в изоляторах. [ 1 ] [ 4 ] было показано, что он имеет недостаточную плотность в середине, по крайней мере, в SiO 2 . [ 7 ] [ 8 ]
Приложения
[ редактировать ]быстрых тяжелых Треки ионов имеют несколько признанных и потенциальных практических применений. Ионные треки в полимерах можно травить с образованием канала нанометровой толщины через полимерную фольгу, так называемых трековых мембран . Они используются в промышленности. [ 9 ]
Облучение полиимидных резистов может быть использовано в качестве шаблонов для роста нанопроволок . [ 10 ] Дорожки также можно использовать для распыления материалов. [ 11 ] [ 12 ] Их также можно использовать для удлинения нанокристаллов, внедренных в материалы. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Облучение SHI также можно использовать для структурной модификации наноматериалов. [ 16 ] [ 17 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Канджиджал, Д. (2001). «Быстрая модификация материалов, индуцированная тяжелыми ионами, и образование треков» (DjVu) . Современная наука . 80 (12): 1560.
- ^ М. Тулемонд, В. Ассманн, К. Дюфур, А. Мефтах, Ф. Штудер и К. Траутманн, Экспериментальные явления и модель термического пика, описывающая ионные треки в аморфизующихся неорганических изоляторах, Мат. Фис. Медд. Конг. Дэн. Вид. Сельск. 52, 263 (2006).
- ^ Ланг, Майк; Джурабекова, Флюра; Медведев Никита; Тулемонд, Марсель; Траутманн, Кристина (2020). «Фундаментальные явления и применения облучения быстрыми тяжелыми ионами». Комплексные ядерные материалы : 485–516. arXiv : 2001.03711 . дои : 10.1016/B978-0-12-803581-8.11644-3 . hdl : 10138/318033 . ISBN 9780081028667 . S2CID 210165042 .
- ^ Jump up to: а б Мефтах, А.; Брисар, Ф.; Константини, Дж. М.; Дурихи, Э.; Хаге-Али, М.; Эрвье, М.; Стокерт, JP; Студер, Ф.; Тулемонд, М. (1 апреля 1994 г.). «Трекообразование в кварце SiO 2 и механизм термоспайка». Физический обзор B . 49 (18). Американское физическое общество (APS): 12457–12463. Бибкод : 1994PhRvB..4912457M . дои : 10.1103/physrevb.49.12457 . ISSN 0163-1829 . ПМИД 10010146 .
- ^ Траутманн, К.; Клаумюнцер, С.; Тринкаус, Х. (23 октября 2000 г.). «Влияние напряжения на образование треков в аморфном сплаве железа и бора: ионные треки как упругие включения» (PDF) . Письма о физических отзывах . 85 (17). Американское физическое общество (APS): 3648–3651. Бибкод : 2000PhRvL..85.3648T . дои : 10.1103/physrevlett.85.3648 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11030972 .
- ^ Бринга, ЕМ; Джонсон, RE (4 апреля 2002 г.). «Кулоновский взрыв и тепловые всплески». Письма о физических отзывах . 88 (16). Американское физическое общество (APS): 165501. arXiv : cond-mat/0103475 . Бибкод : 2002PhRvL..88p5501B . дои : 10.1103/physrevlett.88.165501 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11955237 . S2CID 11034531 .
- ^ Клут, П.; Шнор, CS; Пакаринен, Огайо; Джурабекова Ф.; Спроустер, диджей; Джулиан, Р.; Риджуэй, MC; Бирн, AP; Траутманн, К.; Куксон, диджей; Нордлунд, К.; Тулемонд, М. (24 октября 2008 г.). «Тонкая структура треков быстрых тяжелых ионов в аморфном SiO2». Письма о физических отзывах . 101 (17). Американское физическое общество (APS): 175503. Бибкод : 2008PhRvL.101q5503K . дои : 10.1103/physrevlett.101.175503 . hdl : 10440/862 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 18999762 .
- ^ Канюков Е.Ю.; Устарроз, Дж; Якимчук, Д.В.; Петрова, М; Террин, Х; Сиваков В; Петров А.В. (15 февраля 2016 г.). «Настраиваемые шаблоны из нанопористого оксида кремния с помощью технологии быстрого отслеживания тяжелых ионов». Нанотехнологии . 27 (11). Издательство IOP: 115305. Бибкод : 2016Nanot..27k5305K . дои : 10.1088/0957-4484/27/11/115305 . ISSN 0957-4484 . ПМИД 26878691 . S2CID 19102268 .
- ^ Апель, П. (2003). «Эффекты быстрых ионов в полимерах: промышленное применение». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 208 . Эльзевир Б.В.: 11–20. Бибкод : 2003НИМПБ.208...11А . дои : 10.1016/s0168-583x(03)00634-7 . ISSN 0168-583X .
- ^ Скупинский, Марек; Тулемонд, Марсель; Линдеберг, Микаэль; Хьорт, Клас (2005). «Ионные треки, разработанные в полиимидном резисте на пластинах Si в качестве шаблона для нанопроволок». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 240 (3). Эльзевир Б.В.: 681–689. Бибкод : 2005НИМПБ.240..681С . дои : 10.1016/j.nimb.2005.04.128 . ISSN 0168-583X .
- ^ Урбассек, Х.М.; Кафеманн, Х.; Джонсон, RE (1 декабря 1993 г.). «Выброс атома из трека быстрого иона: исследование молекулярной динамики». Физический обзор B . 49 (2). Американское физическое общество (APS): 786–795. дои : 10.1103/physrevb.49.786 . ISSN 0163-1829 . ПМИД 10010379 .
- ^ Тулемонд, М.; Ассманн, В.; Траутманн, К.; Грюнер, Ф.; Мискес, HD; Кукал, Х.; Ван, ЗГ (2003). «Электронное распыление металлов и изоляторов быстрыми тяжелыми ионами». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 212 . Эльзевир Б.В.: 346–357. Бибкод : 2003НИМПБ.212..346Т . дои : 10.1016/s0168-583x(03)01721-x . ISSN 0168-583X .
- ^ Д'Орлеан, К.; Стокерт, JP; Эстурнес, К.; Гроб, Джей-Джей; Мюллер, Д.; Гийе, JL; Ришар-Плуэ, М.; Черрути, К.; Хаас, Ф. (2004). «Удлиненные наночастицы Co, индуцированные быстрым облучением тяжелыми ионами». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 216 . Эльзевир Б.В.: 372–378. Бибкод : 2004NIMPB.216..372D . дои : 10.1016/j.nimb.2003.11.063 . ISSN 0168-583X .
- ^ Риджуэй, MC; Клут, П.; Джулиан, Р.; Спроустер, диджей; Араухо, LL; Шнор, CS; Ллевеллин, диджей; Бирн, AP; Форан, Дж.Дж.; Куксон, диджей (2009). «Изменения формы и размера металлических наночастиц, вызванные быстрым облучением тяжелыми ионами» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 267 (6). Эльзевир Б.В.: 931–935. Бибкод : 2009NIMPB.267..931R . дои : 10.1016/j.nimb.2009.02.025 . ISSN 0168-583X .
- ^ Авазу, Коичи; Ван, Сяоминь; Фудзимаки, Макото; Томинага, Дзюнджи; Айба, Хирохико; Оки, Ёшимичи; Комацубара, Тетсуро (6 августа 2008 г.). «Удлинение наночастиц золота в кварцевом стекле при облучении быстрыми тяжелыми ионами» . Физический обзор B . 78 (5). Американское физическое общество (APS): 054102. Бибкод : 2008PhRvB..78e4102A . дои : 10.1103/physrevb.78.054102 . hdl : 2241/100795 . ISSN 1098-0121 .
- ^ Модификации структурного, функционального и магнитного упорядочения в оксиде графена и графите под действием облучения ионами золота с энергией 100 МэВ, Вакуум, том 182, декабрь 2020 г., 109700, DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700
- ^ Мендоса, К., С. Пежет, Т. Шарпантье, М. Москура, Р. Карабалло, О. Бути, А. Х. Мир, И. Монне, К. Григель и К. Жегу. «Эволюция структуры оксидного стекла при быстром облучении тяжелыми ионами». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами 325 (2014): 54-65. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.002