Ion scattering on polarity-controlled ZnO surfaces by MeV ions

極性制御されたZnO表面でのMeVイオンを用いたイオン散乱

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正

Motohashi, Kenji*; Saito, Yuichi; Miyawaki, Nobumasa

近年、金を蒸着した表面に2.5MeVプロトンを微小角入射で照射させたときに100%近い反射が起こることが報告された。われわれは、固体表面との反射を利用した高速イオンビームの効率的な輸送方法の開発を目的に、高速イオンを微小角で入射させたときの固体表面での反射(散乱)に関する研究を行っている。今回、最表面の原子を選択可能な有極性酸化亜鉛単結晶(ZnO)を標的として、散乱ビーム(2MeV炭素イオン:入射角2度、散乱角3度、ここで入射角及び散乱角は、それぞれのターゲット表面に対する角度及びビーム軸に対する角度で定義)のエネルギー及び強度をそのZn面とO面で比較した。その結果、O面に比べてZn面の方が散乱イオンの強度が高く、エネルギー損失が大きいことがわかった。これらから、微小角入射の場合、標的の最表面原子の種類が入射イオンの散乱に大きく影響することがわかり、それを選択することでビームのエネルギー及び強度を制御可能なことが示唆された。

An almost complete reflection of a 2.5-MeV proton beam on an evaporated Au layer was found at a grazing-incidence angle. We studied the mechanism of collisions between MeV ions and polarity-controlled ZnO surfaces in order to investigate the efficient reflection of swift ions on solid surfaces. The experiment was performed at the TIARA. C+ (2 MeV) ion beams were irradiated on the ZnO single crystals with two opposite surfaces, so-called "Zn and O faces", and the energy of the ions scattered at 3 with respect to the beam axis was measured. It was revealed that the energy distribution of the scattered ions on the two opposite surfaces at an incidence angle of 2 were significantly different. A larger energy loss and a higher yield of scattered ions on the Zn face compared to the O face suggest that elastic collisions with surface atoms play key roles.