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Hillocks created for amorphizable and non-amorphizable ceramics irradiated with swift heavy ions; TEM study

高速重イオンを照射して非晶質化するセラミックスと非晶質化しないセラミックスにおけるヒロック形成; 透過型電子顕微鏡研究

石川 法人; 田口 富嗣*; 大久保 成彰

Ishikawa, Norito; Taguchi, Tomitsugu*; Okubo, Nariaki

近年、照射材料工学研究グループは、高速重イオン照射したセラミックスの表面ナノ構造(ヒロック)を透過型電子顕微鏡で直接観察できる手法を初めて開発した。この手法を用いた観察の結果、非晶質化する材料であるY$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$(YIG)ではヒロックも非晶質化していること、一方、非晶質化しないCaF$$_{2}$$等のフッ化物ではヒロックも非晶質化せず結晶性を有していることを発見した。さらに、YIGではヒロックの直径とイオントラック損傷の直径が同じであるのに対して、フッ化物ではヒロックの直径がイオントラック損傷の直径より常に大きいことを見出した。非晶質化する/しないという材料特性が、照射で形成されるナノ構造の寸法に影響を与えるという結果は、イオンの飛跡に沿って局所的に融解した後の再結晶化プロセスの有無が最終的な損傷形態を決定しているというシナリオで全て説明できる。

TEM method is applied to Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (YIG) and three fluorides (CaF$$_{2}$$, SrF$$_{2}$$ and BaF$$_{2}$$) for observing hillocks. For YIG which is one of the amorphizable materials, hillocks are found to have amorphous feature which is consistent with amorphous feature of ion-tracks. For the fluorides, it is found that the hillocks do not exhibit amorphous feature, and they are composed of nano-crystallites. It is found for the first time that for YIG the hillock diameter is comparable to the ion-track diameter, whereas for the fluorides it is always larger than the ion-track diameter. The results indicate that recrystallization after transient melting plays an important role for formation of hillocks and ion-tracks in fluorides.

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