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Swift heavy ion irradiation effects in nanocrystalline gold

金ナノ結晶における高速重イオン照射効果

知見 康弘; 岩瀬 彰宏*; 石川 法人; 小檜山 守*; 稲見 隆*; 神原 正*; 奥田 重雄*

Chimi, Yasuhiro; Iwase, Akihiro*; Ishikawa, Norito; Kobiyama, Mamoru*; Inami, Takashi*; Kambara, Tadashi*; Okuda, Shigeo*

金ナノ結晶での欠陥蓄積における高速粒子照射効果を調べた。種々の結晶粒径(23$$sim$$156nm)の金ナノ結晶箔試料(厚さ3$$sim$$5$$mu$$m)を、ガスデポジション法とその後の熱処理により作製した。60MeV $$^{12}$$Cイオン,3.54GeV $$^{136}$$Xeイオン及び2.0MeV電子線を低温で試料に照射した。照射中の電気抵抗率変化をその場測定することにより、欠陥蓄積挙動を観測した。電気抵抗率変化の照射量依存性を解析した結果、欠陥生成断面積($$sigma$$$$_{d}$$)及び欠陥消滅断面積($$sigma$$$$_{r}$$)が結晶粒径の減少とともに単調増加することがわかった。このことは、金多結晶よりも弾き出しエネルギーの閾値(E$$_{d}$$)が低くなっていると考えられる金ナノ結晶での結晶粒界近傍領域の体積分率が大きいことに起因することを示している。また、金ナノ結晶での電子励起効果の可能性についても議論する。

We have studied effects of irradiation with energetic particles on defect accumulation in nanocrystalline gold (nano-Au). The specimens of nano-Au foil (3-5 $$mu$$m thickness) with various grain sizes (23-156 nm) are prepared by the gas deposition method and subsequent thermal annealings. Irradiations of the specimens with 60-MeV $$^{12}$$C ions, 3.54-GeV $$^{136}$$Xe ions or 2.0-MeV electrons are performed at low temperature. The defect accumulation behavior is observed by measuring the electrical resistivity change during irradiation. Through an analysis of defect accumulation behavior, cross-sections for defect production, $$sigma$$$$_{d}$$, and annihilation, $$sigma$$$$_{r}$$, in nano-Au increase monotonically as the grain size decreases. These results are considered to be caused by the existence of a large volume fraction of the regions near grain boundaries in nano-Au where the threshold energy for atomic displacements, E$$_{d}$$, becomes lower than in polycrystalline gold. The possibility of electronic excitation effects in nano-Au is also discussed.

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