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Comprehensive understanding of hillocks and ion tracks in 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ヒロックとイオントラックの総合的理解

石川 法人  ; 田口 富嗣*; 小河 浩晃 

Ishikawa, Norito; Taguchi, Tomitsugu*; Ogawa, Hiroaki

LiNbO$$_{3}$$, ZrSiO$$_{4}$$, Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$, SrTiO$$_{3}$$について、200MeV Auイオンを照射し、透過型電子顕微鏡で、照射損傷組織(イオントラックとヒロック)を詳細に観察した。その結果、LiNbO$$_{3}$$, ZrSiO$$_{4}$$, Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$は、イオントラックとヒロックともにアモルファス化していることが確認され、耐照射性の低い「アモルファス化可能材料」に分類されることが確認された。一方で、CaF$$_{2}$$などのフッ化物は、耐照射性の高い「非アモルファス化可能材料」に分類されることが、我々の前回の研究で判明している。ところが、本研究で調べたSrTiO$$_{3}$$は、2つの分類の中間に当たることが判明した。耐照射性の観点から区別される2つの材料分類を分ける材料基準が何なのか従来から問題となっていたが、本研究により、イオン結合性の強さ、結晶対称性の高さが、その材料基準となることが示唆された。

Amorphizable ceramics were irradiated with 200 MeV Au ions, and the as-irradiated samples were observed by transmission electron microscopy (TEM). The ion track diameter and hillock diameter are similar for all the amorphizable ceramics. For SrTiO$$_{3}$$ and niobium-doped STO, 200 MeV Au ion irradiation and TEM observation were also performed. The ion track diameters in these materials are found to be markedly smaller than the hillock diameters. The ion tracks in these materials exhibit inhomogeneity, which is similar to that reported for non-amorphizable ceramics. On the other hand, the hillocks appear to be amorphous, and the amorphous feature is in contrast to the crystalline feature of hillocks observed in non-amorphizable ceramics. No marked difference is recognized between the nanostructures in STO and those in Nb-STO.

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