Kaip jonai bombarduoja medžiagos paviršių?

Atlikdami tyrimus, kurie vėliau buvo patentuoti, Nacionalinio standartų ir technologijos instituto bei Klemsono universiteto (JAV) mokslininkai tiksliai išmatavo didelės jonizacijos jonų susidūrimų su plonos plėvelės paviršiumi energiją. Geriau suprasdami, kaip jonai smūgio metu atiduoda savo energiją, tyrėjai galės sukurti tikslesnius modelius, aiškinančius, kaip dalelės paveikia paviršius.

Šis uždavinys nėra paprastas. Jonai yra naudojami daugelio mikro ir makro apimties gamybos procesų metu, pavyzdžiui, frezuojant arba ėsdinant medžiagas. Tikslesni modeliai gali padėti tyrėjams pažaboti jonų sukeltą eroziją, kuri mažų mažiausiai nėra pageidaujama termobranduolinės sintezės reaktorių viduje.

Tyrėjų komanda panaudojo ksenono atomus, nuo kurių nuplėšė 44 iš 54 neutralaus atomo elektronų. Tam, kad atomas būtų taip smarkiai jonizuotas, reikia daugybė energijos – apie 55 tūkstančių elektronvoltų.

„Kai didelės jonizacijos jonas yra galiausiai paleidžiamas ir smogia į taikinį, didžioji dalis jo energijos (apie 60 procentų) išsisklaido vakuume, – pasakoja Džošas Pomerojus (Josh Pomeroy). – Kaip rodo mūsų matavimai, 27 procentai jono energijos iš 40 likusiųjų panaudojami medžiagai deformuoti.“ Mokslininkas patikina, jog likę 13 procentų greičiausiai virsta šiluma.

Tyrėjų komanda, norėdama pagerinti atminties diskų našumą, iš pradžių susidomėjo, kaip susiformuoja nanomastelinės plonųjų plėvelių įdubos. Tokiuose diskuose tarp magnetinių plokštelių įterpiama izoliuojanti plona aliuminio oksido plėvelė. Tyrėjai panaudojo jonus, kad paveiktų šių plėvelių paviršius, ir parodė, jog duobučių gylį galima nustatyti matuojant nežymius plėvelės elektrinio laidumo pokyčius.

Nors tai gerokai sumažino pradinę mokslininkų motyvaciją, vis dėlto sukurtasis metodas ir medžiagos turėtų pasitarnauti matuojant didelės jonizacijos jonų energijos pernašą bei tokių jonų pluoštais kalibruojant pramonines sistemas.