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TEM study of surface nanostructure of ceramics irradiated with swift heavy ions

高速重イオン照射したセラミックスにおける表面ナノ構造の透過型電子顕微鏡研究

石川 法人   ; 田口 富嗣*; 喜多村 茜

Ishikawa, Norito; Taguchi, Tomitsugu*; Kitamura, Akane

これまで材料内部の照射損傷(内部損傷)に関するデータが多く報告されているY$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$について、近年我々は内部損傷だけでなく表面損傷の観察にも成功している。表面損傷を詳細に観察し、かつ表面損傷と内部損傷との関係性が明らかになれば、これまで分からなかった照射損傷メカニズムに関する重要な知見が得られると期待される。本研究では、Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$に100MeVオーダーの高速重イオンを照射し、表面損傷と内部損傷とを同じ視野内で観察することができた。その結果、それぞれの損傷形態を直接比較することが可能になった。観察の結果、表面損傷の寸法と内部損傷の寸法がほぼ等しいことが分かった。また、材料内の物質がどの程度、照射表面側に移動しているか、についても定量することができた。これらの結果は、内部損傷と表面損傷は非常に関連性があり、内部損傷の形成とともに表面隆起(表面損傷)も同時に引き起こされていることを意味している。

In most of the previous studies, hillocks have been imaged by atomic force microscopy (AFM). Although AFM is suitable for measuring height of hillocks, it is not suitable for measuring their diameter. Since diameter measurement by AFM is significantly affected by the curvature of the probe tip, most diameter data are subjected to a systematic error of some nanometers. One of the alternative methods for observing hillocks is to use transmission electron microscopy (TEM). Comparison between hillock diameter and ion track diameter is important for elucidating the mechanism of nanostructuring by SHI. In the present study, Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (yttrium iron garnet, YIG) were irradiated with various SHI having high electronic stopping power (20-35 keV/nm), and the as-irradiated samples were observed by TEM. As a result, the hillock diameter appears to be almost the same as the ion track diameter.

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