Asynchronous melting of embedded metal nanoparticles and silica matrix for shape elongation induced by swift heavy ion irradiation

高速重イオン照射によって引き起こされた形状伸長現象における埋め込まれた金属ナノ粒子とシリカ母相の非同時性融解の影響

雨倉 宏*; 石川 法人   ; 大久保 成彰   ; 中山 佳子*; 三石 和貴*

Amekura, Hiroshi*; Ishikawa, Norito; Okubo, Nariaki; Nakayama, Yoshiko*; Mitsuishi, Kazuki*

高速重イオン照射による(シリカ中に埋め込まれた)金属ナノ粒子の形状伸長を説明する既存のモデルとして、熱スパイクモデル(ピコ秒の温度上昇を伴う融解とその後の凝固に至るプロセス)がある。このモデルの妥当性を検証するために、融点の大きく異なる金属であるバナジウム(バルク融点1890C)と亜鉛(バルク融点420C)の金属ナノ粒子の200-MeV Xe照射効果をそれぞれ比較し検討した。その結果、それぞれの融点が異なるにもかかわらず、両者はほぼ同程度の形状伸長を示した。この結果は既存のモデルの修正の必要性を示唆する。シリカの融解と金属ナノ粒子の融解とが同時並行で進行しないことを考慮した修正モデルを提案した。

Although the mechanism of shape-elongation of nanoparticles (NPs) by swift-heavy-ion-irradiation is still under debate, melting and solidification for pico-seconds of NPs by thermal spikes has been proposed as one of the processes involved. Elongation of high melting point (MP) NPs (vanadium, = 1890 C) and of low MP NPs (zinc, = 420 C) were compared under irradiation with 200 MeV Xe ions. Irrespective of the large difference in their MPs, both the V and Zn NPs showed comparable elongation. The insensitivity of elongation to the MP can be explained by the asynchronicity of melting of the silica and the NPs.