Microstructure and atomic disordering of magnesium aluminate spinel irradiated with swift heavy ions

高速重イオン照射したマグネシア-アルミナ系スピネルの微細構造と原子配列不規則化

山本 知一*; 島田 幹夫*; 安田 和弘*; 松村 晶*; 知見 康弘; 石川 法人   

Yamamoto, Tomokazu*; Shimada, Mikio*; Yasuda, Kazuhiro*; Matsumura, Sho*; Chimi, Yasuhiro; Ishikawa, Norito

高速重イオン(200MeV Xe及び350MeV Au)を照射したマグネシア-アルミナ系スピネル(MgOAlO(=1.1及び2.4))の微細構造変化と原子配列の不規則化過程について調べた。透過型電子顕微鏡による明視野像と高分解能像、及び高角度分解能電子チャンネリングX線分光法(HARECXS)を用いて照射誘起構造変化の定量分析を行った。イオン入射面の明視野像では、直径47nmの円柱状の黒いコントラストが観測された。複数のイオントラックが隣接して生成された場合には強い歪コントラストが見られた。また高分解能像では、イオントラック内においても鮮明な格子像が観測された。このことは、スピネル結晶はイオントラックに沿って部分的に不規則化しており、アモルファス化していないことを示している。HARECXS法による定量分析では、陽イオンの不規則化がイオン照射量に伴って進行しており、不規則化領域はイオントラックに沿った直径122nmの範囲に広がっていることがわかった。これは明視野像や高分解能像で観測されたイオントラックの大きさより広範囲である。

We have investigated the microstructure change and atomic disordering process in magnesium aluminate spinel, MgO AlO with =1.1 and 2.4, irradiated with swift heavy ions of 200-MeV Xe and 350-MeV Au. Transmission electron microscopy techniques of bright-field (BF) and high-resolution (HR) imaging, as well as high angular resolution electron channeling X-ray spectroscopy (HARECXS) are employed in quantitative analysis of irradiation-induced structural change. Ion tracks show columnar dark contrast of 4-7 nm in diameter at the incident surface in BF images. Strong strain contrast often arises among plural ion tracks formed closely. Clear lattice fringes are observed in HR images even inside the ion tracks. It indicates that the spinel crystals are not amorphized but partially disordered along the ion tracks. Quantitative HARECXS analysis shows that cation disordering progresses with ion fluence. It is revealed that the disordered regions are extended over 122 nm in diameter along the ion tracks.