Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Ión pesado rápido

Los iones pesados ​​rápidos son los componentes de un tipo de haz de partículas con energía suficientemente alta como para que el frenado electrónico domine sobre el frenado nuc...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Los iones pesados ​​rápidos son los componentes de un tipo de haz de partículas con energía 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 energía y masa suficientes para penetrar sólidos en línea recta. En muchos sólidos, los iones pesados ​​rápidos liberan energía suficiente para inducir zonas cilíndricas permanentemente modificadas, las llamadas trazas de iones . Si la irradiación se lleva a cabo en un material inicialmente cristalino, las trazas de iones consisten en un cilindro amorfo. [ 1 ] Las trazas de iones pueden producirse en muchos materiales amorfizantes, pero no en metales puros, donde la alta conductividad térmica electrónica disipa el calentamiento electrónico antes de que la traza 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 como "MeV/u". Para que un haz de iones se considere "rápido", los iones que lo componen 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 traza de SHI en cuarzo en diferentes momentos.
Evolución temporal de una simulación de dinámica molecular de la trayectoria de un ion pesado de alta velocidad en cuarzo cristalino, que produce una trayectoria amorfa cilíndrica en el material. Tamaño de la imagen: 17  nm × 13  nm.

Los mecanismos por los cuales se producen las trazas de iones son objeto de debate. Se puede considerar que producen picos térmicos [ 4 ] [ 5 ] en el sentido de que conducen a un fuerte calentamiento de la red y a una zona transitoria de átomos desordenados. Sin embargo, al menos la etapa inicial del daño podría entenderse mejor en términos de un mecanismo de explosión de Coulomb . [ 6 ] Independientemente del mecanismo de calentamiento, está bien establecido que los iones pesados ​​rápidos suelen producir una larga traza de daño casi cilíndrica en los aislantes, [ 1 ] [ 4 ] que se ha demostrado que es subdensa en el centro, al menos en SiO₂ . [ 7 ] [ 8 ]

Aplicaciones

Las trazas de iones pesados ​​rápidos tienen varias aplicaciones prácticas establecidas y potenciales. Las trazas de iones en polímeros se pueden grabar para formar un canal de espesor nanométrico a través de una lámina de polímero, lo que se conoce como membranas de grabado de trazas . Estas se utilizan industrialmente. [ 9 ]

La irradiación de fotorresistencias de poliimida tiene potencial para ser utilizada como plantilla para el crecimiento de nanocables . [ 10 ] Las pistas también pueden utilizarse para pulverizar materiales. [ 11 ] [ 12 ] También pueden utilizarse para alargar nanocristales incrustados en materiales. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] La irradiación con SHI también puede utilizarse para la modificación estructural de nanomateriales . [ 16 ] [ 17 ]

Referencias

  1. 1 2 3 Kanjijal, D. (2001). "Modificación y formación de trazas inducidas por iones pesados ​​rápidos 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 las trayectorias 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 de iones pesados ​​rápidos". Comprehensive Nuclear Materials : 485–516 . arXiv : 2001.03711 . doi : 10.1016/B978-0-12-803581-8.11644-3 . hdl : 10138/318033 . ISBN 978-0-08-102866-7. S2CID 210165042 . 
  4. 1 2 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 trazas en cuarzo SiO 2 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 trazas en aleación amorfa de hierro y boro: trazas iónicas 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) 165501. American Physical Society (APS). 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 de iones pesados ​​rápidos en SiO2 amorfo". Physical Review Letters . 101 (17) 175503. American Physical Society (APS). 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 sintonizables mediante tecnología de trazas de iones pesados ​​rápidos". Nanotechnology . 27 (11) 115305. IOP Publishing. 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". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . 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). "Trayectorias iónicas desarrolladas en fotorresina de poliimida sobre obleas de Si como plantilla para nanocables". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . 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 trayectoria 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". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . 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 de iones pesados ​​rápidos". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . 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 nanopartículas metálicas inducidos por la irradiación con iones pesados ​​rápidos" . Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . 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) 054102. American Physical Society (APS). 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 por irradiación con 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 irradiación con iones pesados ​​rápidos». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 325 (2014): 54-65. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.002