高速重イオン照射による酸化物の表面ナノ構造形成

Formation of surface nanostructure in oxides by irradiation of swift heavy ions

石川 法人   ; 大久保 成彰   ; 田口 富嗣

Ishikawa, Norito; Okubo, Nariaki; Taguchi, Tomitsugu

酸化物に高速重イオンを照射すると、イオンの通過するパスに沿って連続的に欠陥集合体(イオントラック)が形成されることがある。これまで、イオントラックの形成メカニズムを主に調べてきたが、本研究では、照射表面に(つまりイオントラックの末端に)形成されるナノ構造体を詳細に調べた。イオントラックとその表面ナノ構造体の形成メカニズムは深くかかわっているので、表面ナノ構造体の形状、結晶構造を評価することは重要であるが、それらを分解能よく評価する技術は存在しなかった。今回、その形状、結晶構造を透過型電子顕微鏡観察する技術を開発できたので報告する。

In this study, CeO and NiO were irradiated with Au ions in the energy range of 200-340 MeV at oblique incidence. Observation of as-irradiated samples by transmission electron microscope (TEM) shows that hillocks are created not only at the wide faces but also at the crack faces of thin samples. Since the hillocks created at the crack faces can be imaged by TEM, their shape and crystallographic features are revealed by TEM. From the images of hillocks created at the crack faces, many of the hillocks are found to be spherical for ion-irradiated CeO. For ion-irradiated NiO, atomic-scale steps are found to be created at the top surface of the hillocks. We present first experimental evidence that hillocks created for both oxides irradiated with swift heavy ions have a crystal structure whose lattice spacing and orientation coincide with those of the matrix.