Роль электростатического поля в появлении вблизи поверхности металлосодержащего диэлектрика узкого и плотного слоя металлических наночастиц после облучения электронами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе предложен механизм формирования слоистой структуры металлических наночастиц в облученных быстрыми электронами металлосодержащих диэлектриках. На примере серебросодержащего стекла обсуждена модель, в рамках которой возможно накопление под поверхностью наночастиц серебра в двух слоях: широком, на глубине залегания внедренных первичных электронов (~3 мкм для электронов с энергией 30 кэВ), и экстремально узком, толщиной ~0.1 мкм, ближе к поверхности (на глубине ~0.5 мкм). И первый, и второй слои обязаны своим существованием сильным электростатическим полям, возникающим в областях, внедренных и находящихся в метастабильном состоянии первичных электронов (объемная отрицательная зарядка) и приповерхностного положительного пространственного заряда, сформированного истинной вторичной электронной эмиссией. Рассмотрен процесс диффузии поляризованных атомов серебра в указанном неоднородном электрическом поле при коэффициенте вторичной электронной эмиссии больше единицы. В представленной модели распределения пространственного заряда и электрического поля в серебросодержащем стекле, облученном быстрыми электронами, получен равновесный профиль концентрации атомов серебра в приповерхностном слое образца. Показано, что в сформированных электрических полях возможно образование структуры с областями обогащения и обеднения указанной примесью. Рассчитанные значения равновесных концентраций атомов серебра у поверхности образца могут превышать соответствующие объемные значения в несколько раз.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. А. Подсвиров

Политехнический университет Петра Великого

Автор, ответственный за переписку.
Email: olegpodsvir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Д. А. Соколова

Политехнический университет Петра Великого

Email: olegpodsvir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. Б. Бондаренко

Политехнический университет Петра Великого

Email: olegpodsvir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bigot J.Y., Halte V., Merle J.C., Daunois A. // Chem. Phys. 2000. V. 251. P. 181. https://www.doi.org/10.1016/s0301-0104(99)00298-0
  2. Jimenez J.A., Lysenko S., Liu H. // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. № 5. P. 054313. https://www.doi.org/10.1063/1.2976171
  3. Lipovskii A.A., Melehin V.G., Petrov M.I., Svirko Yu.P., Zhurikhina V.V. // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. № 1. P. 011101. https://www.doi.org/10.1063/1.3511746
  4. Berger A. // J. Non-Cryst. Solids. 1992. V. 151. P. 88. https://www.doi.org/10.1016/0022-3093(92)90013-A
  5. De Marchi G., Caccavale F., Gonella F., Mattei G., Mazzoldi P., Battaglin G., Quaranta A. // Appl. Phys. A. 1996. V. 63. P. 403. https://www.doi.org/10.1007/BF01567335
  6. Kaganovskii Yu., Lipovskii A., Rosenbluh M., Zhurikhina V. // J. Non-Cryst. Solids. 2007 V. 353. P. 2263. https://www.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.03.003
  7. Игнатьев А.И., Нащекин А.В., Неведомский В.М., Подсвиров О.А., Сидоров А.И., Соловьев А.П., Усов О.А. // ЖТФ. 2011. Т. 81. Вып. 5. С. 75. https://www.doi.org/10.1134/S1063784211050148
  8. Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Цехомский В.А., Нащекин А.В., Усов О.А., Подсвиров О.А., Поплевкин С.В. // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 7. С. 35. https://www.doi.org/10.1134/S1063785009040063
  9. Touzin M., Goeuriot D., Guerret-Piecourt C., Juve D., Treheux D. and Fitting H.-J. // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P. 114110. https://www.doi.org/10.1063/1.2201851
  10. Громов В.В. Электрический заряд в облученных материалах. М.: Энергоиздат, 1982. 112 с.
  11. Melchinger A., Hofmann S. // J. Appl. Phys. 1995. V. 78. P. 6224. https://www.doi.org/10.1063/1.360569
  12. Cazaux J. // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. P. 8265. https://www.doi.org/10.1063/1.1368867
  13. Rau E.I., Tatarintsev A.A. // J. Appl. Phys. 2022. V. 132. P. 184102. https://www.doi.org/10.1063/5.0104628
  14. Drouin D., Couture R.A., Joly D., Tastet X., Aimez V., Gauvin R. // Scanning. 2007. V. 29. № 3. P. 92. https://www.doi.org/10.1002/sca.20000
  15. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 408 с.
  16. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971, 1108 с.
  17. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976, 616 с.
  18. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов: справочник. М.: Энергоатомиздат, 1986, 344 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ПЭМ-изображения слоев наночастиц серебра в стекле после облучения электронами и термообработки при 500°С в течение 6 ч: общий вид поперечного среза образца (а), стрелкой указана поверхность стекла; область расположения тонкого слоя наночастиц (б); область расположения широкого слоя наночастиц (в); на вставке — увеличенное изображение отдельной наночастицы серебра.

Скачать (48KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение по глубине внедренных в стекло электронов с начальной энергией 30 кэВ, полученное в результате расчетов. Штриховой кривой показан результат аппроксимации с помощью распределения Гаусса.

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости от расстояния от поверхности образца: проекции напряженности электрического поля на ось x (а); потенциальной энергии диполя в электрическом поле, наведенным электронами, имплантированными в образец в результате облучения (б); равновесного относительного распределения индуцированных диполей (в).

Скачать (18KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025