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Experimental evidence of crystalline hillocks created by irradiation of CeO$$_{2}$$ with swift heavy ions; TEM study

CeO$$_{2}$$への高速重イオン照射によって形成された結晶性ヒロックの実験的証拠; 透過型電子顕微鏡研究

石川 法人; 大久保 成彰; 田口 富嗣

Ishikawa, Norito; Okubo, Nariaki; Taguchi, Tomitsugu

UO$$_{2}$$の模擬物質として研究されることが多いCeO$$_{2}$$セラミックス材料に、200MeV Auイオンを斜入射方向から照射し、照射後試料を透過型電子顕微鏡(TEM)で微細観察した。その結果、イオン一つ一つが照射表面に形成するナノサイズの隆起物(ヒロック)が、試料表面に形成されるだけでなく、試料端のクラック面にも形成されることが分かった。試料端のヒロックは、TEMで直接観察することが可能なため、ヒロックの結晶性が本研究で初めて明らかになった。観察されたヒロックは、ほぼ均一で結晶性を有していること、さらには結晶方位が母相と同じことが分かった。さらに、ヒロックが球状形状をしていることが分かったので、表面に入射したイオンの入射点において材料の局所的な溶融を引き起こし、溶融した隆起物が表面張力によって球状に変化したプロセスが示唆された。

In this study, CeO$$_{2}$$ was irradiated with 200 MeV Au ions at oblique incidence. Observation of as-irradiated samples by transmission electron microscope (TEM) shows that hillocks are created not only at the wide surfaces, but also at the crack faces of the thin samples. Since the hillocks created at the crack faces can be imaged by TEM, their shape and crystallographic features can be revealed. From the images of hillocks created at the crack faces, many of the hillocks are found to be spherical. We present a first experimental evidence that hillocks created for CeO$$_{2}$$ irradiated with swift heavy ions have a crystal structure whose lattice spacing and orientation coincide with those of the matrix. The mechanism of spherical crystalline hillock formation is discussed based on the present results.

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パーセンタイル:54.42

分野:Nanoscience & Nanotechnology

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