V001 Dokončení a kalibrace experimentálních zařízení v laboratoři urychlovače Tandetron

Transkript

1 V001 Dokončení a kalibrace experimentálních zařízení v laboratoři urychlovače Tandetron

2 Údaje o provozu urychlovačů v ÚJF AV ČR ( hodiny 2009/hodiny 2008) Urychlovač Celkový počet hodin Analýzy Implantace Údržba Provozní zkoušky Van de Graaff 700/ /600 0/0 40/90 20/20 Tandetron 1200/ / /200 80/50 300/200 Nová experimentální zařízení a) Terčíková komora pro simultánní analýzy PIXE, PIGE, PESA. V r.2009 navrženo vnitřní vybavení komory a zpracována podrobná výrobní dokumentace. Výroba podle finančních a personálních kapacit v následujícím období. V r.2010 bude komora využita pro měření účinných průřezů elastického rozptylu v resonanční oblasti. b) Dokončena instalace a odladění iontové mikrosondy. Hlavní komponenty mikrosondy byly dodány firmou Oxford Microbeams s cca půlročním zpožděním koncem r Zbylé komponenty byly vyrobeny u nás (Vakuum Praha). Koncem r bylo dosaženo laterálního rozlišení 1.5µm při skenu 50x50 µm (protony 30pA). c) Vývoj softwaru LabView pro řízení analýz a iontové implantace Thoriová inkluze v Zr minerálu (MU Brno)

3 V004 Charakterizace a modifikace tenkých vrstev iontovými svazky Granulární nano-struktury Ni mají velký aplikační potenciál pro své elektrické a magnetické vlastnosti. Vzorky byly připraveny implantací iontů 40 kev Ni do syntetických polymerů PI, PET a PEEK (Technical-Physical Institute, Kazan, Rusko, fluence (0,1-1,5) cm -2 ). Výsledné struktury byly zkoumány metodami RBS, ERDA, XPS, UV-VIS spektroskopie, TEM a byla měřena jejich plošná vodivost a magnetické vlastnosti. Hloubkové profily Ni, změřené metodou RBS, byly srovnávány se simulacemi s použitím softwaru SRIM 2003 a TRIDYN, který zahrnuje dynamické změny struktury a složení polymeru. U polymerů dochází při vyšších fluencích k degradaci takže vzniká povrchová vrstva obohacená kovem a hloubkové profily implantovaných atomů nabývají anomální formu. Příklad stanovení hloubkových koncentračních profilů atomů Ni, implantovaných při energii 40 kev různými fluencemi do polyethylentereftalatu-pet (vlevo). Vpravéčásti je srovnání změřeného profilu se simulací programem Tridyn

4 Srovnání morfologie Ni částic v PET pro fluence implantovaných iontů od (0,25-0,75) cm -2 měřeno metodou TEM Electric resistance [Ohm/cm 2 ] 1.E+13 1.E+12 1.E+11 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 Electric resistance of Ni + implanted PET Current density: 4 µα /cm 2 Current density: 8 µα/cm 2 1.E Fluence [10 17 ions/cm 2 ] Vpravo příklad spekter XPS atomů Ni implantovaných do PTFE (určení oxidačního stavu atomů Ni). Vlevo závislost plošného elektrického odporu PET implantovaného ionty Ni na použité fluenci

5 V013 Struktury pro optoelektroniku (fotoniku) na bázi LN, LT. Implantace krystalických materiálů Formování nano-struktur iontovou implantací v niobičnanu lithném LiNbO 3 (LN) s cílem vytvoření struktur s význačnými optickými vlastnostmi. Různé krystalografickéřezy LN byly implantovány ve spolupráci s Forschungzentrum Rossendorf ionty Er + s energií 330 kev; fluence , a cm -2. Hloubkové profily implantovaných atomů byly studovány metodou RBS v implantovaných vzorcích a vzorcích žíhaných při teplotě 350 C. Bylo zjištěno, že hloubkové profily implantovaného Er jsou nejvíce ovlivněny žíháním v případě nižších iontových fluencí a nejméně v případě maximální fluence cm -2. Specifické je chování Er iontů v případě různých krystalografických orientací. Největší mobilita byla zjištěna v případěřezu Y 01 12, kde dochází k rozdifundování Er. Metoda RBS-channeling byly použita pro studium modifikace struktury implantovaného LN a její rekonstrukce po žíhání. Největší míru rekonstrukce vykazuje Y řez a nejmenší Z 0001, viz obrázek níže. Hloubkové profily Er v LN implantovaném ionty Er s energií 330 kev, 7 off axis, pro krystalografické řezy Y a YII (vlevo) a RBS-channeling spektra těchto řezů srovnání vzorků implantovaných a žíhaných po implantaci (vpravo).

6 V průběhu roku 2009 jsme pokračovali v systematickém studiu iontové implantace do různých typů skel s cílem využití takto připravených struktur ve fotonice. V ÚJF AV vřeži a FZD Rossendorfu byla skla implantována ionty kyslíku, zlata, stříbra, měďi a erbia při různých energiích a fluencích iontů. Jako substrát byly použity různé typy silikátových skel, komerčně dostupných i speciálně vyvinutých. Skla se od sebe lišila jednak typem síťo-tvorného prvku a jednak obsahem alkálií. Implantované vzorky skel byly dále žíhány s cílem dosáhnout redistribuce a agregace implantovaných atomů.vlastnosti připravených vrstev byly charakterizovány metodami RBS, PIXE, Ramanovou spektroskopií (struktura vrstvy), TEM (distribuce nanočástic) a dále byla měřena absorpční a fluorescenční spektra připravených vrstev a jejich nelineární optické vlastnosti metodou Z-scan. Velkým úspěchem je vizualizace Au nano-částic ve skle GIL49 a analýza TEM obrazu s následným stanovením distribuce velikostí vizualizovaných nano-částic (viz následující obrázek). g 600 C, 5 hours TEM analýza Au nano-částic, Au:GIL49 (1x10 16 cm -2, 1.7 MeV), žíhání 600 C, 5 hodin (vlevo), analýza obrazu distribuce velikostí Au nano-částic (vpravo)