Latent ion tracks were finally observed in diamond

ダイヤモンドにおいて最終的に潜在イオントラックが観察された

雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; 石川 法人   ; 大久保 成彰   ; 斎藤 勇一*

Amekura, Hiroshi*; Chettah, A.*; Narumi, Kazumasa*; Chiba, Atsuya*; Hirano, Yoshimi*; Yamada, Keisuke*; Yamamoto, Shunya*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; Ishikawa, Norito; Okubo, Nariaki; Saito, Yuichi*

高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV Cフラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。

Injecting high-energy heavy ions in the electronic stopping regime into solids can create cylindrical damage zones called latent ion tracks. Although these tracks form in many materials, none have ever been observed in diamond, even when irradiated with high-energy GeV uranium ions. Here we report the first observation of ion track formation in diamond irradiated with 2-9 MeV C fullerene ions. Depending on the ion energy, the mean track length (diameter) changed from 17 (3.2) nm to 52 (7.1) nm. High resolution scanning transmission electron microscopy (HR-STEM) indicated the amorphization in the tracks, in which -bonding signal from graphite was detected by the electron energy loss spectroscopy (EELS).