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Structure of beam tracks induced by swift heavy ions in Bi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8}$$ superconductors

高エネルギー重イオン照射により形成されたBi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8}$$超伝導体におけるビームトラックの構造

笹瀬 雅人*; 岡安 悟; 山本 博之; 倉田 博基*; 北條 喜一

Sasase, Masato*; Okayasu, Satoru; Yamamoto, Hiroyuki; Kurata, Hiroki*; Hojo, Kiichi

数MeV程度以上の高エネルギー重イオンが絶縁体,半導体等の固体に照射された場合、その飛程に沿って円柱状の欠陥が生成する。高温超伝導体における円柱状欠陥は、磁束のピン止め点として臨界電流密度の向上に寄与することから、イオン照射条件と生成する円柱状欠陥の形状との関係を把握し、欠陥生成における支配的な要因を見いだすことが特性向上の鍵となり得る。本研究では、60$$sim$$600MeVの重イオン(Au$$^{+}$$, I$$^{+}$$, Br$$^{+}$$, Ni$$^{+}$$)をBi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8}$$超伝導薄膜に照射し、各照射条件下で得られた円柱状欠陥の径について高分解能透過型電子顕微鏡を用いて評価した。この結果、イオン速度の増加に伴い円柱状欠陥の径が減少すること、及び径の分布の標準偏差が小さくなることを見いだした。本実験条件下におけるイオンの平均自由行程の計算値との比較から、核衝突により生成したカスケードが径の分布に影響を与えていることが示唆された。これらの結果はイオン速度が欠陥生成に影響を与えていることを示しており、数MeV以上の重イオン照射においても核衝突の効果が無視できないことが明らかとなった。

Columnar defects are produced in semiconducting and insulating materials by swift heavy ion irradiation. In the present study, we investigate the columnar defects produced in the Bi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8}$$ superconductor by the heavy ion irradiation (Au$$^{+}$$, I$$^{+}$$, Br$$^{+}$$, Ni$$^{+}$$) in the energy range of 60-600 MeV. On the basis of the transmission electron microscopy, it is shown that the diameters of columnar defects become smaller and their distributions become narrower with the ion velocity. These facts are explained as the effect of nuclear collision by calculating the mean free path for the irradiated ions. Present results imply the nuclear collisions strongly affect the columnar defect formations even for the swift heavy ion irradiation.

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