Совместно с учеными из научных центров Казахстана и Южно-Африканской Республики сотрудники Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ изучили влияние точечных дефектов, создаваемых облучением быстрыми тяжелыми ионами (БТИ), на наномасштабный перенос тепла в ZnO. Результаты исследования опубликованы в журнале «Materials Research Bulletin».

Методом лазерной терморефрактометрии коллектив специалистов исследовал изменения приповерхностной теплопроводности (k) монокристаллов ZnO. Образцы оксида цинка облучались быстрыми тяжелыми ионами Bi с энергией 710 МэВ до флюенсов 10¹⁰ – 10¹³ ион/см² для изучения радиационных повреждений, вызванных как прохождением единичных ионов, так и в режиме перекрытия трековых областей.

(a) Схематическое изображение структуры ZnO, подвергнутой облучению БТИ, с осажденным теплопередающим слоем Al для тепловых измерений. (b) Потери энергии ионизации (сплошная линия) и образование вакансий (пунктирные линии) в ZnO в зависимости от проекционной глубины при облучении Bi с энергией 710 МэВ.

Структурная характеризация методами рентгеновской дифракции, Рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии показала отсутствие аморфизации после облучения. Ухудшение теплопроводности k объяснялось преимущественно рассеянием фононов на точечных дефектах.

Показатели измерений k были использованы для проверки полуаналитической модели Клеменса–Каллавея, а также нового гибридного метода, основанного на коде Монте-Карло TREKIS, который в сочетании с методами молекулярной динамики хорошо описывает как эффекты, вызванные единичными ионами, так и повторным воздействием ионов при перекрытии треков. Результаты работы способствуют развитию новых подходов для разработки функциональных материалов с помощью облучения тяжелыми ионами.

С полным текстом статьи можно ознакомиться по ссылке. Объединенный институт ядерных исследований в числе авторов представляют научные сотрудники сектора ионно-имплантационных нанотехнологий и радиационного материаловедения ЛЯР ОИЯИ Руслан Рымжанов и Владимир Скуратов.