疑似核分裂片としてのMeV-C60の核・電子相乗効果によるトラック型欠陥形成

MeV-C60作为赝裂变碎片的核电子协同效应形成轨道状缺陷

基本信息

批准号：
22K04990
负责人：
雨倉宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

多くの非金属材料に対して、高速重イオンと呼ばれる数十MeV以上の高エネルギー単原子重イオンを照射すると、イオントラックと呼ばれる円筒形の損傷領域が形成される。しかし例外的にSiなどの半導体ではトラックが形成されないことが知られていた。我々はSiにトラックを形成しない高速重イオンと同程度の電子的阻止能Seを持つC60クラスターイオンで照射したところ、トラックが観測された。従来のモデルではトラック形成はSeのみに依存すると考えられているため、同じSe値でもトラック形成の有無が異なる本結果は新奇性があり、本研究課題の提案・採択に至った。本研究の実施計画では以下の３つのアプローチを取るとした： (1)材料をSiに固定して多様な条件での実験研究、(2)材料をSi以外に拡張した研究、(3)数値計算との比較。2022年度は(1)と(3)の組み合わせで成果が得られた：C60イオンを1～9 MeVの範囲の6つのエネルギーで照射し、形成されるトラック直径のエネルギー依存性を、トラック形成の理論として主流である非弾性熱スパイク理論の計算結果と比較したところ、その一致が非常に良かった。つまり昔から知られていたSiへの単原子高速重イオン照射でトラックが形成されなかったという結果こそが異常であり、理論には考慮されていない効果が含まれていると思われる。核的阻止能効果の関与とトラックの再結晶化等を検討している。さらに(1)に関しては、当初、加速器の都合で最低エネルギーは1 MeVであったが、Siでは1 MeVでもトラックが観測されたので、2022年後半から別の低エネルギー加速器を用いて、1 MeV未満での照射実験を開始した。(2)に関しては、試しにZnOとAlNに照射を行いトラックの観察を試みたが、Siに比べて試料が予想以上に多様な欠陥構造を示し、どれがトラックによるものか判別が難しい状態にある。

当许多非金属材料受到数十兆电子伏特或更高的高能单原子重离子（称为快重离子）辐照时，会形成称为离子径迹的圆柱形损伤区域。然而，众所周知，作为例外，在Si等半导体中不形成轨道。当我们用 C60 团簇离子（其电子阻止本领 Se 与不形成径迹的快重离子相同）照射 Si 时，观察到了径迹。在传统模型中，轨道形成被认为仅取决于Se，因此即使Se值相同，轨道形成的存在与否也不同的结果是新颖的，并导致了本研究课题的提出和采用。本研究的实施计划采取以下三种方式：（1）将材料固定在Si上的各种条件下的实验研究，（2）将材料扩展到Si以外的其他材料的研究，以及（3）数值与计算的比较。。在2022财年，通过组合（1）和（3）获得了结果：用1至9 MeV范围内的六种能量照射C60离子，并在比较计算结果时测量了形成的轨道直径的能量依赖性。与主流理论非弹性热尖峰理论吻合得很好。也就是说，长期以来已知的Si单原子高速重离子照射没有形成轨迹的事实是一种反常现象，似乎存在理论中未考虑到的影响。正在考虑核停止效应和卡车再结晶的参与。此外，对于(1)，由于加速器的原因，最初将最低能量设定为1MeV，但在Si中即使在1MeV下也观察到了径迹，因此从2022年下半年开始，将使用另一个低能加速器来进行。照射实验在以下条件下开始。关于（2），我们尝试照射ZnO和AlN来观察痕迹，但与Si相比，样品显示出比预期更多样化的缺陷结构，因此很难确定哪些缺陷是由痕迹引起的。