Nano-hillock formation in diamond-like carbon induced by swift heavy projectiles in the electronic stopping regime: Experiments and atomistic simulations

Abstract

The formation of surface hillocks in diamond-like carbon is studied experimentally and by means of large-scale molecular dynamics simulations with 5 Â 10 6 atoms combined with a thermal spike model. The irradiation experiments with swift heavy ions cover a large electronic stopping range between $12 and 72 keV/nm. Both experiments and simulations show that beyond a stopping power threshold, the hillock height increases linearly with the electronic stopping, and agree extremely well assuming an efficiency of approximately 20% in the transfer of electronic energy to the lattice. The simulations also show a transition of sp 3 to sp 2 bonding along the tracks with the hillocks containing almost no sp 3 contribution. V

Study of 130 Mev Ni Ion Irradiation Induced Surface Modification of DLC Films Grown By Microwave Plasma CVD.

“…The thermal energy developed in the lattice leads to the formation of nanodimensional defects in the lattice [14]. The conversion of DLC material from sp 3 to sp 2 in the track of the ions was also observed previously [15]. ) and RMS roughness images of irradiated film ( 1e 13 ions/cm 2 dose ).…”

“…) and RMS roughness images of irradiated film ( 1e 13 ions/cm 2 dose ). Since no hillock formation at the surface is noticed, it is clear that conducting track did not form in the DLC film as the electronic energy loss ( 6.7 keV/ nm ) of 130 MeV Ni ions calculated using SRIM, is less than the energy loss threshold for track formation ( 10 +/-2 keV / nm ) [15].…”

Estudios atomísticos de la respuesta a la irradiación de materiales ópticos con aplicación en plantas de fusión nuclear

“…44,48,49,51,[116][117][118][119] Este modelo asume que la energía depositada por el ion en los electrones es transmitida en su totalidad a los átomos en un corto tiempo (~decenas de ps). 114 Por tanto, el modelo establece una región cilíndrica siguiendo la trayectoria rectilínea y uniforme del ion (ver Figura 3.2), cuyo radio (a) depende de la densidad de energía que, como mostraremos en la sección 5.4.1 del Capítulo 5, está relacionada con la velocidad.…”

“…35,41,100 Este tipo de irradiación también ha sido estudiada mediante dinámica molecular para otros materiales (sílice sólida y líquida, cuarzo, oro, argón, oxígeno sólido, grafito y diamante), con buenos resultados. 44,48,49,51,[116][117][118][119] La evolución térmica impuesta por estos modelos atomísticos establece que toda la energía del ion pasa a los átomos en un periodo muy corto, estableciendo una energía cinética inicial determinada para los átomos en torno al recorrido del ion. Otro modelo más complicado se basa en incluir dentro de la dinámica molecular el modelo de 2 temperaturas, 120,121 representado por la ecuación:…”

“…120,121 Por tanto, en este trabajo utilizamos el modelo simplificado, desarrollado para el estudio de la irradiación de otros materiales en el régimen de alta excitación electrónica. 44,48,49,51,[116][117][118][119] En este capítulo detallaremos dicho modelo para nuestro caso. También discutiremos el proceso de construcción de las cajas utilizadas en cada estudio y el método de análisis de datos utilizado para lidiar con la falta de estadística característica de estas simulaciones.…”