2020 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of the mechanism for the shape elongation of embedded nanoparticles
| Project/Area Number |
18K04898
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
雨倉 宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主席研究員 (00354358)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 高速重イオン / ナノ粒子 / 照射誘起楕円変形 / イオンビーム / イオンシェーピング / C60クラスターイオン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の核心的問いは「ナノ粒子のロッド変形現象はどのようなメカニズムによるものか？」であり、補助的問い(1)は「高速重イオンとは異なり、低速だが同程度に高密度励起できる数MeV C60クラスターイオン照射でもロッド変形は起こるか？」であった。これについては本研究での実験によりC60イオンでもロッド変形が起こることを世界で最初に明らかにした。世界初の理由は、本実験にはC60としては非常に高い照射量が必要で、世界最高強度のQST高崎研の大電流C60イオン源が利用できた点が大きい。本現象の本質はイオン速度ではなく高密度励起であることが分かった。
もう一つの補助的問い(2)は「これまで提案されているハンマリングや熱圧力モデルのどちらが正しいのか、両方とも不適合か？」であるが、ハンマリングモデルは実験から得られた低線量での依存性や照射温度依存性と矛盾し否定される。熱圧力モデルの主張するコア・シェル型のイオントラックの重要性は本研究結果と矛盾しないが、従来のモデルではコア形成の起源を気化転移としている。しかし我々の実験では気化転移が起こらない低エネルギー付与条件でもロッド変形は起こっており、フィンランドグループとの協力の下で実施した分子動力学計算からも気化転移無しでもコア・シェル構造が形成されロッド変形が再現された。熱圧力モデルは凡そ正しいかもしれないが、細かい点の再検討は必要である。
最終年度はロッド変形の対照実験という観点から、ナノ粒子を含まない系でC60イオンが作るイオントラックについて調べた。シリコンはトラックを作りにくいことが知られており、エネルギー17 MeV以上のC60イオン照射でないと形成されないことが報告されている。しかし我々は1－6 MeVのC60イオン照射で明瞭なトラックの形成を確認した。新しい物理を示唆する現象として今後も詳しく調べていきたい。
|
