Track morphology in SiO quartz irradiated with swift heavy ions; Thickness and edge effects

高速重イオン照射SiO石英中のトラック形態; 試料厚さ効果と試料端効果

石川 法人   ; 田口 富嗣*; 小河 浩晃  ; Toimil-Molares, M. E.*; Trautmann, C.*

Ishikawa, Norito; Taguchi, Tomitsugu*; Ogawa, Hiroaki; Toimil-Molares, M. E.*; Trautmann, C.*

結晶性SiO(石英)試料に1.64GeVおよび200MeVのAuイオンを照射し、イオントラック形成に由来する照射誘起ナノ構造を透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて調査した。解析の結果、通常観察される均一な非晶質イオントラックだけでなく、同心円状のコア-ハロー構造(イオン飛跡に沿った低密度コアとハロー損傷領域)を持つトラックも観察された。後者のタイプのトラックは、厚さが50nm未満の薄い試料領域でのみ確認され、こうした低密度コアを持つトラックの形成には薄い試料が必要条件であることが示唆された。さらに、試料端部ではクレーター状の構造を持つピット状トラックも確認された。表面を含む試料の形態が、複雑なナノ構造の形状に影響を与えていることが強く示唆された。これらの結果について、電子スパッタリングなどの表面現象や、試料の厚さおよび試料端効果の観点から議論した。

Crystalline SiO quartz samples were irradiated with 1.64 GeV and 200 MeV Au ions, and the irradiation-induced nanostructures originating from ion track formation were examined using transmission electron microscopy. The analysis revealed not only homogeneous amorphous ion tracks but also tracks with a concentric core-halo structure, characterized by a low-density core along the ion path surrounded by a damaged halo region. This type of track was found exclusively in sample regions thinner than 50 nm, suggesting that a thin sample is the prerequisite for the formation of such low-density track cores. Additionally, pitted tracks with a crater-like structure were identified at the sample edges. These findings are discussed in terms of surface phenomena, such as electronic sputtering as well as the role of sample thickness and edge effects, emphasizing the critical influence of sample geometry on the formation of these complex nanostructures.