Кинетика формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла тяжелыми ионами с учетом распыления и диффузии

28.03.2016 2016 - №01 Материалы и ядерная энергетика

О.А. Плаксин

https://doi.org/10.26583/npe.2016.1.03

Поиск и исследование структур, устойчивых к облучению, относятся к важным задачам радиационного материаловедения, включая проблемы радиационной стойкости конструкционных материалов и материалов диагностических систем ядерной энергетики. Оптические измерения в процессе имплантации тяжелых ионов в диэлектрики позволяют обнаруживать состояния структуры, динамически устойчивые во время облучения. В работе проведен анализ кинетики формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла ионами Au– и Cu– с энергией 60 кэВ в рамках одномерной модели эволюции распределения имплантированных атомов по глубине, учитывающей распыление поверхности имплантированного слоя, производство и диффузию имплантированной массы. Предложены способы оценки вкладов этих процессов в кинетику с использованием экспериментальных данных по распылению, изменению оптических свойств и изображений структуры. Показано, что распыление поверхности доминирует в кинетике насыщения при имплантации кварцевого стекла ионами Au–.

Ссылки

1. Haglund R.F. Ion implantation as a tool in the synthesis of practical third-order nonlinear optical materials // Materials Science and Engineering A.- 1998.- Vol. 253.- PP. 275-283.
2. Maier S.A., Brongersma M.L., Kik P.G., Meltzer S., Requicha A.A.G., Atwater H.A. Plasmonics – a route to nanoscale optical devices // Advanced Materials.- 2001.- Vol. 13.- PP.1501-1505
3. Hutter E., Fendler J.H. Exploitation of localized surface plasmon resonance // Advanced Materials.- 2004.- Vol. 16.- PP. 1685-1706.
4. Grigorenko A.N., Geim A.K., Gleeson H.F., Zhang Y., Firsov A.A., Khrushchev I.Y., Petrovic J. Nanofabricated media with negative permeability at visible frequencies // Nature.- 2005.- Vol. 438. - PP. 335-338
5. Kishimoto N., Takeda Y., Umeda N., Okubo N., Faulkner R.G. Ion-induced metal nanoparticles in insulators for nonlinear optical property // Nuclear Instruments and Methods.- 2003.- Vol. 206.- PP.634-638.
6. Amekura H., Kishimoto N. Fabrication of oxide nanoparticles by ion implantation and thermal oxidation / Toward Functional Materials, Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology, Ed. by Z.M. Wang, Springer Science + Business Media, 2009.
7. Plaksin O.A., Takeda Y., Amekura H., Kishimoto N. Electronic excitation and optical responses of metal-nanoparticle composites under heavy-ion implantation // Journal of Applied Physics.- 2006.- Vol. 99. - P. 044307-1-10.
8. Plaksin O. A., Takeda Y., Amekura H., Kishimoto N. Radiation-induced differential optical absorption of metal nanoparticles // Applied Physics Letters.- 2006.- Vol. 88. P. 201915-1-3.
9. Plaksin O.A., Takeda Y., Umeda N., Kono K., Amekura H., Kishimoto N. Ion-induced optical response of nanocomposites in sapphire // Nuclear Instruments and Methods B.- 2006.- Vol. 242.- PP. 118-120.
10. Plaksin O.A., Takeda Y., Amekura H., Kono K., Kishimoto N. Stability of metal nanocomposites under heavy-ion bombardment of insulators // Nuclear Instruments and Methods B.- 2006.- Vol. 250. - PP. 220-224.
11. Plaksin O.A., Kono K., Takeda Y., Plaksin S.O., Shur V.Ya., Kishimoto N. Dynamic stability of metal-nanocluster composites based on LiNbO3 under heavy-ion bombardment // Ferroelectrics.- 2008.- Vol. 373. - PP. 127-132.
12. Plaksin O.A., Takeda Y., Kono K., Amekura H., Kishimoto N. Radiation photonics: A case of metal-nanoparticle composites // Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials.- 2010.- Vol. 19/4. - PP. 737-744.
13. Plaksin O.A., Stepanov V.A., Shikama T., Takeda Y., Kishimoto N. Optical diagnostics of collective and non-linear effects in insulators during intense irradiation // Journal of Nuclear Materials.- 2011.- Vol. 417. - PP. 806-809.
14. Kishimoto N., Takeda Y., Umeda N., Lee C.G., Amekura H., Lay T.T., Okubo N., Gritsyna V.T. Metal nanoparticle structures controlled with ion-induced kinetics // Proc. of the 5th International Symposium on Advanced Physical Fields. - National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan, March 6-9, 2000.- PP. 123-156.
15. Ziegler J.F., Biersack J.P. The stopping and range of ions in solids.- Pergamon Press, New York, 1985.
16. TRIDYN Vs. 4.0 by W. Mцller and W. Eckstein. Department of Surface Physics, Max-Plank Institute of Plasma Physics, Garching, Germany, 1989.

имплантация тяжелых ионов радиационно-индуцированные процессы наноструктуры устойчивость при облучении

Ссылка для цитирования статьи: Плаксин О.А. Кинетика формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла тяжелыми ионами с учетом распыления и диффузии. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 1. – С. 21-29. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.1.03 .