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高电荷态Xe~(q+)离子轰击云母表面产生纳米点效应的研究

刘盛进  
【摘要】: 高电荷态离子由于具有很高的势能,当其与固体表面相互作用时具有大的能量沉积密度,这使得它与固体表面相互作用时能够产生很多新颖的物理现像。目前,各国实验室开展了许多相关方面的研究。目前,高电荷态离子与固体表面相互作用的研究己拓展到原子物理、固体物理、等离子体物理、表面物理等领域。各种理论模型的提出、实验手段的改进、实验技术的提高大大丰富了高电荷态离子与固体表面相互作用的研究。与此同时,伴随着表面科学分析手段的发展,尤其是探针显微镜的发展为获取材料表面的结构、形貌、物理化学信息提供了可行性,因此高电荷态离子对材料表面的改性成为国内外研究的热点,其产生的纳米点效应更是引起了人们的极大关注。 本文研究了高电荷态离子Xe~(q+)(q=30、35)轰击云母表面的纳米点效应。利用原子力显微镜我们获取了材料表面纳米点信息,包括其形状、尺寸、数量统计分布等。实验结果显示了纳米点的单粒子效应。所观测的纳米点具有大宽度和小高度的丘状特征,同时也观测到少数坑状的纳米点。实验结果反映了纳米丘体积的势能相关性,纳米丘的体积有随着势能的增强而增大的趋势。同时,我们根据库伦爆炸模型对云母表面所形成的纳米点效应进行了探讨和对纳米点尺寸做了理论计算。 对于云母来说,其具有三明治层状的结构特征,这种结构特征使得它对高电荷态离子的入射产生极其的敏感。当靶材料中的阴离子和中性原子的电子被俘获后形成两层正离子层,那么在两层正电荷层以及这两层之间的阳离子K~+层将会形成三层正电荷结构区。该区域具有强的静电场。由于云母层与层之间通过较弱的离子键结合在一起,在强的库仑排斥力作用下云母层的结合将会受到破坏而形成丘状或坑状的纳米缺陷。同时,在库仑爆炸中所形成的高温高压的环境中,当粒子虽获得能量但该该能量不足以使其克服晶格的键能而溅射出去的时候,就会在局部区域内形成类似小丘状的形貌特征。在纳米丘高度的计算过程中,考虑到动能的修正后,计算结果在一定程度上与实验结果较符合。尽管该模型相对较简单,但对于纳米点形成机制的理解它具有一定的帮助。


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