Szybki ciężki jon

Szybkie ciężkie jony są składnikami pewnego rodzaju wiązki cząstek o energii na tyle dużej, że zatrzymywanie elektronowe dominuje nad zatrzymywaniem jądrowym . Są przyspieszane w akceleratorach cząstek do bardzo wysokich energii, zwykle w zakresie MeV lub GeV i mają wystarczającą energię i masę, aby penetrować ciała stałe na linii prostej. W wielu ciałach stałych szybkie ciężkie jony uwalniają energię wystarczającą do wywołania trwale zmodyfikowanych stref cylindrycznych, tak zwanych ścieżek jonowych . Jeśli naświetlanie przeprowadza się w materiale początkowo krystalicznym, tory jonowe składają się z amorficznego cylindra. Ścieżki jonowe można wytwarzać w wielu materiałach amorfizujących, ale nie w czystych metalach, gdzie wysoka elektroniczna przewodność cieplna rozprasza ogrzewanie elektroniczne, zanim ścieżka jonowa zdąży się uformować.

Definicja

Wiązki ciężkich jonów są ogólnie opisywane w kategoriach ich energii w megaelektronowoltach (MeV) podzielonej przez masę jądra atomowego, zapisywaną jako „MeV/u”. Aby wiązkę jonów można było uznać za „szybką”, jony składowe powinny być węglowe lub cięższe, a energia taka, aby cząstki wiązki miały prędkość porównywalną z prędkością Bohra .

Tworzenie się ścieżek jonowych

Ewolucja w czasie symulacji dynamiki molekularnej szybkiej ścieżki ciężkich jonów w krystalicznym kwarcu, tworząca cylindryczną amorficzną ścieżkę w materiale. Rozmiar obrazu 17 nm × 13 nm.

Mechanizmy tworzenia ścieżek jonowych są przedmiotem pewnej debaty. Można uznać, że wytwarzają skoki temperatury w tym sensie, że prowadzą do silnego ogrzewania sieci i przejściowej nieuporządkowanej strefy atomowej. Jednak przynajmniej początkowy etap uszkodzenia można lepiej zrozumieć w kategoriach eksplozji kulombowskiej . Niezależnie od tego, jaki jest mechanizm nagrzewania, dobrze wiadomo, że szybko poruszające się ciężkie jony zazwyczaj wytwarzają długą cylindryczną ścieżkę uszkodzeń w izolatorach, która, jak wykazano, jest niedogęszczona w środku, przynajmniej w SiO ₂ .

Aplikacje

Szybkie tory ciężkich jonów mają kilka ustalonych i potencjalnych zastosowań praktycznych. Ścieżki jonowe w polimerach można wytrawić, aby utworzyć kanał o grubości nanometra przechodzący przez folię polimerową, tak zwane membrany do wytrawiania ścieżek . Są to zastosowania przemysłowe.

Napromieniowanie materiałów poliimidowych może potencjalnie służyć jako szablony do wzrostu nanoprzewodów . Tory mogą być również wykorzystywane do napylania materiałów. Można ich również używać do wydłużania nanokryształów osadzonych w materiałach. Napromienianie SHI może być również wykorzystywane do strukturalnej modyfikacji nanomateriałów.