Быстрый тяжелый ион - Swift heavy ion

Быстрые тяжелые ионы особая форма излучение частиц для которого электронная остановка доминирует над ядерная остановка.[1][2]Они ускоряются в ускорители частиц до очень высоких энергий, обычно в МэВ или же ГэВ диапазона и обладают достаточной энергией и массой, чтобы проникать в твердые тела по прямой. Во многих твердых телах быстрые тяжелые ионы выделяют достаточно энергии, чтобы вызвать постоянно измененные цилиндрические зоны, так называемые ионные треки. Если облучение проводится в изначально кристаллическом материале, ионные треки состоят из аморфного цилиндра.[1] Ионные треки может производиться во многих аморфизирующих материалах, но не в чистых металлах, где высокая электронная теплопроводность рассеивает электронное нагревание до того, как ионный трек успевает сформироваться.

Механизмы

Четыре изображения трека SHI в кварце в атомном масштабе в разное время
Временная эволюция Молекулярная динамика имитация стремительного тяжелого ионный трек в кристаллическом кварце, образуя цилиндрический аморфный след в материале. Размер изображения 17 нм × 13 нм.

Механизмы, с помощью которых ионные треки являются предметом споров. В некотором смысле можно считать, что они производят тепловые шипы[3][4]в том смысле, что они приводят к сильному нагреву решетки и переходной неупорядоченной зоне атома. Однако, по крайней мере, начальную стадию ущерба можно было бы лучше понять с точки зрения Кулоновский взрыв механизм.[5] Независимо от того, каков механизм нагрева, хорошо известно, что быстрые тяжелые ионы обычно вызывают повреждение длинной цилиндрической дорожки в изоляторах.[1][3] который, как было показано, имеет пониженную плотность посередине, по крайней мере, в SiO2.[6][7]

Приложения

Стремительный тяжелый ионные треки имеют несколько установленных и потенциальных практических приложений. Ионные треки в полимерах может быть протравлен с образованием канала толщиной в нанометр через полимерную фольгу, так называемый трековые травильные мембраны. Они используются в промышленности.[8]

Облучение полиимидных резистов потенциально может использоваться в качестве шаблонов для нанопроволока рост.[9]Дорожки также можно использовать для распыления материалов.[10][11]Их также можно использовать для удлинения нанокристаллов, встроенных в материалы.[12][13][14]

Рекомендации

  1. ^ а б c Канджиджал Д. (2001). «Быстрая модификация, индуцированная тяжелыми ионами, и образование треков в материалах» (DjVu). Текущая наука. 80 (12): 1560.
  2. ^ М. Тулемонд, В. Ассманн, К. Дюфур, А. Мефтах, Ф. Штудер и К. Траутманн, Экспериментальные явления и описание модели теплового всплеска ионные треки в аморфизируемых неорганических изоляторах, Матем. Fys. Medd. Конг. Дэн. Vid. Сельск. 52, 263 (2006).
  3. ^ а б Meftah, A .; Brisard, F .; Costantini, J.M .; Dooryhee, E .; Хаге-Али, М .; Эрвье, М .; Stoquert, J. P .; Studer, F .; Тулемонд М. (1 апреля 1994 г.). «Образование трека в SiO2 кварц и термоспайковый механизм ». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 49 (18): 12457–12463. Дои:10.1103 / Physrevb.49.12457. ISSN  0163-1829. PMID  10010146.
  4. ^ Trautmann, C .; Klaumünzer, S .; Тринкаус, Х. (23 октября 2000 г.). «Влияние напряжения на образование следов в аморфном железо-борном сплаве: следы ионов как упругие включения» (PDF). Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 85 (17): 3648–3651. Дои:10.1103 / Physrevlett.85.3648. ISSN  0031-9007. PMID  11030972.
  5. ^ Bringa, E.M .; Джонсон, Р. Э. (4 апреля 2002 г.). «Кулоновский взрыв и тепловые пики». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 88 (16): 165501. arXiv:cond-mat / 0103475. Дои:10.1103 / Physrevlett.88.165501. ISSN  0031-9007. PMID  11955237.
  6. ^ Kluth, P .; Schnohr, C. S .; Pakarinen, O.H .; Джурабекова, Ф .; Спроустер, Д. Дж .; Giulian, R .; Ridgway, M.C .; Byrne, A. P .; Trautmann, C .; Cookson, D. J .; Nordlund, K .; Тулемонд, М. (24 октября 2008 г.). «Тонкая структура следов быстрых тяжелых ионов в аморфном SiO2». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 101 (17): 175503. Дои:10.1103 / Physrevlett.101.175503. HDL:10440/862. ISSN  0031-9007. PMID  18999762.
  7. ^ Канюков Э.Ю .; Устарроз, Дж; Якимчук Д В; Петрова, М; Террин, H; Сиваков, В; Петров А В (15 февраля 2016 г.). «Настраиваемые шаблоны нанопористого оксида кремния с помощью технологии быстрых треков тяжелых ионов». Нанотехнологии. IOP Publishing. 27 (11): 115305. Дои:10.1088/0957-4484/27/11/115305. ISSN  0957-4484. PMID  26878691.
  8. ^ Апель, П. (2003). «Эффекты быстрых ионов в полимерах: промышленное применение». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Elsevier BV. 208: 11–20. Дои:10.1016 / s0168-583x (03) 00634-7. ISSN  0168-583X.
  9. ^ Скупинский, Марек; Тулемонд, Марсель; Линдеберг, Микаэль; Хьорт, Клас (2005). «Ионные треки, разработанные в полиимидном резисте на кремниевых пластинах в качестве шаблона для нанопроволок». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Elsevier BV. 240 (3): 681–689. Дои:10.1016 / j.nimb.2005.04.128. ISSN  0168-583X.
  10. ^ Urbassek, H.M .; Kafemann, H .; Джонсон, Р. Э. (1 декабря 1993 г.). «Выброс атома из трека быстрых ионов: исследование молекулярной динамики». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 49 (2): 786–795. Дои:10.1103 / Physrevb.49.786. ISSN  0163-1829.
  11. ^ Toulemonde, M .; Assmann, W .; Trautmann, C .; Грюнер, Ф .; Mieskes, H.D .; Kucal, H .; Ван, З.Г. (2003). «Электронное напыление металлов и изоляторов быстрыми тяжелыми ионами». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Elsevier BV. 212: 346–357. Дои:10.1016 / s0168-583x (03) 01721-x. ISSN  0168-583X.
  12. ^ D’Orléans, C .; Stoquert, J.P .; Estournès, C .; Grob, J.J .; Muller, D .; Guille, J.L .; Richard-Plouet, M .; Cerruti, C .; Хаас, Ф. (2004). «Удлиненные наночастицы Co, вызванные быстрым облучением тяжелыми ионами». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Elsevier BV. 216: 372–378. Дои:10.1016 / j.nimb.2003.11.063. ISSN  0168-583X.
  13. ^ Ridgway, M.C .; Kluth, P .; Giulian, R .; Спроустер, Д.Дж .; Araujo, L.L .; Schnohr, C.S .; Llewellyn, D.J .; Бирн, А.П .; Foran, G.J .; Куксон, Д.Дж. (2009). «Изменения формы и размера металлических наночастиц, вызванные быстрым облучением тяжелыми ионами». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Elsevier BV. 267 (6): 931–935. Дои:10.1016 / j.nimb.2009.02.025. ISSN  0168-583X.
  14. ^ Авазу, Коичи; Ван, Сяоминь; Фудзимаки, Макото; Томинага, Дзюндзи; Айба, Хирохико; Оки, Йошимичи; Комацубара, Тетсуро (6 августа 2008 г.). «Удлинение наночастиц золота в кварцевом стекле при облучении быстрыми тяжелыми ионами». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 78 (5): 054102. Дои:10.1103 / Physrevb.78.054102. ISSN  1098-0121.