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Ion pesado veloz

Los iones pesados ​​rápidos son los componentes de un tipo de haz de partículas con energía lo suficientemente alta como para que el frenado electrónico domine sobre el frenado nuclear . [1] [2] Se aceleran en aceleradores de partículas a energías muy altas, típicamente en el rango de MeV o GeV y tienen suficiente energía y masa para penetrar sólidos en línea recta. En muchos sólidos, los iones pesados ​​rápidos liberan suficiente energía para inducir zonas cilíndricas modificadas permanentemente, las llamadas pistas de iones . Si la irradiación se lleva a cabo en un material inicialmente cristalino, las pistas de iones consisten en un cilindro amorfo. [1] Las pistas de iones se pueden producir en muchos materiales amorfizantes, pero no en metales puros, donde la alta conductividad térmica electrónica disipa el calentamiento electrónico antes de que la pista de iones tenga tiempo de formarse.

Definición

Los haces de iones pesados ​​se describen generalmente en términos de su energía en megaelectronvoltios (MeV) dividida por la masa del núcleo atómico, escrita "MeV/u". Para que un haz de iones se considere "rápido", los iones constituyentes deben ser de carbono o más pesados, y la energía debe ser tal que las partículas del haz tengan una velocidad comparable a la velocidad de Bohr . [3]

Formación de trazas de iones

Cuatro imágenes a escala atómica de una pista de SHI en cuarzo en diferentes momentos
Evolución temporal de una simulación de dinámica molecular de una trayectoria rápida de iones pesados ​​en cuarzo cristalino, que produce una trayectoria amorfa cilíndrica en el material. Tamaño de imagen 17 nm × 13 nm.

Los mecanismos por los cuales se producen las pistas de iones son objeto de cierto debate. Se puede considerar que producen picos térmicos [4] [5] en el sentido de que conducen a un fuerte calentamiento reticular y a una zona atómica desordenada transitoria. Sin embargo, al menos la etapa inicial del daño podría entenderse mejor en términos de un mecanismo de explosión de Coulomb . [6] Independientemente de cuál sea el mecanismo de calentamiento, está bien establecido que los iones pesados ​​rápidos suelen producir una pista de daño larga y casi cilíndrica en los aislantes, [1] [4] que se ha demostrado que es subdensa en el medio, al menos en SiO 2 . [7] [8]

Aplicaciones

Las pistas de iones pesados ​​rápidos tienen varias aplicaciones prácticas establecidas y potenciales. Las pistas de iones en polímeros se pueden grabar para formar un canal de espesor nanométrico a través de una lámina de polímero, llamadas membranas de grabado de pistas . Estas se utilizan en la industria. [9]

La irradiación de resinas de poliimida tiene potencial para usarse como plantillas para el crecimiento de nanocables . [10] Las pistas también se pueden usar para pulverizar materiales. [11] [12] También se pueden usar para alargar nanocristales incrustados en materiales. [13] [14] [15] La irradiación SHI también se puede usar para la modificación estructural de nanomateriales. [16] [17]

Referencias

  1. ^ abc Kanjijal, D. (2001). "Modificación rápida inducida por iones pesados ​​y formación de pistas en materiales" (DjVu) . Current Science . 80 (12): 1560.
  2. ^ M. Toulemonde, W. Assmann, C. Dufour, A. Meftah, F. Studer y C. Trautmann, Fenómenos experimentales y descripción del modelo de pico térmico de pistas de iones en aislantes inorgánicos amorfizables, Mat. Fys. Medd. Kong. Dan. Vid. Selsk. 52, 263 (2006).
  3. ^ Lang, Maik; Djurabekova, Flyura; Medvedev, Nikita; Toulemonde, Marcel; Trautmann, Christina (2020). "Fenómenos fundamentales y aplicaciones de las irradiaciones rápidas de iones pesados". Materiales nucleares completos : 485–516. arXiv : 2001.03711 . doi :10.1016/B978-0-12-803581-8.11644-3. hdl :10138/318033. ISBN 9780081028667.S2CID210165042  .​
  4. ^ ab Meftah, A.; Brisard, F.; Costantini, JM; Dooryhee, E.; Hage-Ali, M.; Hervieu, M.; Stoquert, JP; Studer, F.; Toulemonde, M. (1 de abril de 1994). "Formación de pistas en cuarzo SiO2 y el mecanismo de pico térmico". Physical Review B . 49 (18). American Physical Society (APS): 12457–12463. Bibcode :1994PhRvB..4912457M. doi :10.1103/physrevb.49.12457. ISSN  0163-1829. PMID  10010146.
  5. ^ Trautmann, C.; Klaumünzer, S.; Trinkaus, H. (23 de octubre de 2000). "Efecto de la tensión en la formación de pistas en aleaciones de hierro y boro amorfo: pistas de iones como inclusiones elásticas" (PDF) . Physical Review Letters . 85 (17). American Physical Society (APS): 3648–3651. Bibcode :2000PhRvL..85.3648T. doi :10.1103/physrevlett.85.3648. ISSN  0031-9007. PMID  11030972.
  6. ^ Bringa, EM; Johnson, RE (4 de abril de 2002). "Explosión de Coulomb y picos térmicos". Physical Review Letters . 88 (16). American Physical Society (APS): 165501. arXiv : cond-mat/0103475 . Bibcode :2002PhRvL..88p5501B. doi :10.1103/physrevlett.88.165501. ISSN  0031-9007. PMID  11955237. S2CID  11034531.
  7. ^ Kluth, P.; Schnohr, CS; Pakarinen, OH; Djurabekova, F.; Sprouster, DJ; Giulian, R.; Ridgway, MC; Byrne, AP; Trautmann, C.; Cookson, DJ; Nordlund, K.; Toulemonde, M. (24 de octubre de 2008). "Estructura fina en trazas rápidas de iones pesados ​​en SiO2 amorfo". Physical Review Letters . 101 (17). American Physical Society (APS): 175503. Bibcode :2008PhRvL.101q5503K. doi :10.1103/physrevlett.101.175503. hdl : 10440/862 . ISSN  0031-9007. PMID  18999762.
  8. ^ Kaniukov, E Yu; Ustarroz, J; Yakimchuk, DV; Petrova, M; Terryn, H; Sivakov, V; Petrov, AV (15 de febrero de 2016). "Plantillas de óxido de silicio nanoporoso ajustables mediante tecnología de pistas de iones pesados ​​rápidos". Nanotecnología . 27 (11). IOP Publishing: 115305. Bibcode :2016Nanot..27k5305K. doi :10.1088/0957-4484/27/11/115305. ISSN  0957-4484. PMID  26878691. S2CID  19102268.
  9. ^ Apel, P. (2003). "Efectos de iones rápidos en polímeros: aplicaciones industriales". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección B: Interacciones de haces con materiales y átomos . 208 . Elsevier BV: 11–20. Bibcode :2003NIMPB.208...11A. doi :10.1016/s0168-583x(03)00634-7. ISSN  0168-583X.
  10. ^ Skupinski, Marek; Toulemonde, Marcel; Lindeberg, Mikael; Hjort, Klas (2005). "Trazas de iones desarrolladas en resina de poliimida sobre obleas de silicio como plantilla para nanocables". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física, sección B: interacciones de haces con materiales y átomos . 240 (3). Elsevier BV: 681–689. Bibcode :2005NIMPB.240..681S. doi :10.1016/j.nimb.2005.04.128. ISSN  0168-583X.
  11. ^ Urbassek, HM; Kafemann, H.; Johnson, RE (1 de diciembre de 1993). "Expulsión de átomos de una pista de iones rápidos: un estudio de dinámica molecular". Physical Review B . 49 (2). American Physical Society (APS): 786–795. doi :10.1103/physrevb.49.786. ISSN  0163-1829. PMID  10010379.
  12. ^ Toulemonde, M.; Assmann, W.; Trautmann, C.; Grüner, F.; Mieskes, HD; Kucal, H.; Wang, ZG (2003). "Pulverización electrónica de metales y aislantes mediante iones pesados ​​rápidos". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección B: Interacciones de haces con materiales y átomos . 212 . Elsevier BV: 346–357. Bibcode :2003NIMPB.212..346T. doi :10.1016/s0168-583x(03)01721-x. ISSN  0168-583X.
  13. ^ D'Orléans, C.; Stoquert, JP; Estournès, C.; Grob, JJ; Muller, D.; Guille, JL; Richard-Plouet, M.; Cerruti, C.; Haas, F. (2004). "Nanopartículas de Co alargadas inducidas por irradiaciones rápidas de iones pesados". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección B: Interacciones de haces con materiales y átomos . 216 . Elsevier BV: 372–378. Bibcode :2004NIMPB.216..372D. doi :10.1016/j.nimb.2003.11.063. ISSN  0168-583X.
  14. ^ Ridgway, MC; Kluth, P.; Giulian, R.; Sprouster, DJ; Araujo, LL; Schnohr, CS; Llewellyn, DJ; Byrne, AP; Foran, GJ; Cookson, DJ (2009). "Cambios en la forma y el tamaño de las nanopartículas metálicas inducidos por la rápida irradiación de iones pesados". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física, sección B: interacciones de haces con materiales y átomos . 267 (6). Elsevier BV: 931–935. Bibcode :2009NIMPB.267..931R. doi :10.1016/j.nimb.2009.02.025. ISSN  0168-583X.
  15. ^ Awazu, Koichi; Wang, Xiaomin; Fujimaki, Makoto; Tominaga, Junji; Aiba, Hirohiko; Ohki, Yoshimichi; Komatsubara, Tetsuro (6 de agosto de 2008). "Elongación de nanopartículas de oro en vidrio de sílice por irradiación con iones pesados ​​rápidos". Physical Review B . 78 (5). American Physical Society (APS): 054102. Bibcode :2008PhRvB..78e4102A. doi :10.1103/physrevb.78.054102. hdl : 2241/100795 . ISSN  1098-0121.
  16. ^ Modificaciones estructurales, funcionales y de ordenamiento magnético en óxido de grafeno y grafito mediante irradiación de iones de oro de 100 MeV, Vacuum, Volumen 182, diciembre de 2020, 109700, DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700
  17. ^ Mendoza, C., S. Peuget, T. Charpentier, M. Moskura, R. Caraballo, O. Bouty, AH Mir, I. Monnet, C. Grygiel y C. Jegou. "Evolución de la estructura del vidrio de óxido bajo la rápida irradiación de iones pesados". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física, sección B: interacciones de haces con materiales y átomos 325 (2014): 54-65. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.002