Modeling of Damage along the Tracks of Swift Heavy Ions in Polyethylene

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The results of atomic-level modeling of damage formation along the whole trajectory of swift heavy ions, stopping in the electronic energy loss mode in polyethylene are presented. Theoretical models could significantly improve the understanding of track formation in polymers, but their main disadvantage is an insufficient level of detail. In this paper, this problem is solved by using a multiscale hybrid approach: the Monte-Carlo TREKIS program describes the excitation of an electronic system of a target; the reactive molecular dynamics of the response of an atomic system to an ion-induced perturbation within the framework of the LAMMPS program allows to trace the damage up to the time of complete cooling of the track. Detailed tracing of the coupled electronic and atomic kinetics has shown that the damage maxima are spatially separated by at least 10 micrometers from the maxima of energy released by the ions. The differences occur due to the dependence of the initial spectra of electrons generated near the ion trajectory on the ion energy. The effects demonstrated should be the same for all polymers and may be critical for the effective operation of devices and detectors containing thin polymer films irradiated with swift heavy ions.

Sobre autores

P. Babaev

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS

Email: babaevpa@lebedev.ru
Moscow, 119991

R. Voronkov

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS

Email: babaevpa@lebedev.ru
Moscow, 119991

A. Volkov

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS; National Research Centre "Kurchatov Institute"

Email: babaevpa@lebedev.ru
Moscow, 119991; Moscow, 123182

Bibliografia

  1. Zhao S., Zhang G., Shen W., Wang X., Liu F. // J. Appl. Phys. 2020. V. 128. No 13. P. 131102. https://www.doi.org/10.1063/5.0015975
  2. Komarov F.F. // Physics-Uspekhi. 2017. V. 60. No 5. P. 435. https://www.doi.org/10.3367/ufne.2016.10.038012
  3. Medvedev N., Volkov A.E., Rymzhanov R., Akhmetov F., Gorbunov S., Voronkov R., Babaev P. // J. Appl. Phys. 2023. V. 133. No 10. P. 8979. https://www.doi.org/10.1063/5.0128774
  4. Liu F., Wang M., Wang X., Wang P. // Nanotechnology. 2018. V. 30. No 5. P. 052001. https://www.doi.org/10.1088/1361-6528/aaed6d
  5. Apel P. // Radiat. Phys. Chem. 2019. V. 159. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.01.009
  6. Fink D. // Springer Science & Business Media. 2004. V.63.
  7. Husaini S., Zaidi J., Malik F., Arif M. // Radiat. Meas. 2008. V. 4. P. S607. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2008.03.070
  8. Tuleushev A., Harrison F., Kozlovskiy A., Zdorovets M. // Polymers. 2023. V.15 No20. P. 4050. https://doi.org/10.3390/polym15204050
  9. Balanzat E., Betz N., Bouffard S. // Nucl Instrum Methods Phys Res B. 1995. V. 105. P.46. https://doi.org/10.1016/0168-583X(95)00521-8
  10. Shen W., Wang X., Zhang G., Kluth P., Wang Y., Liu F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2023. V. 535. P. 102. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2022.11.021
  11. Kański M., Dawid M., Postawa Z., Ashraf M.C., van Duin A.C.T., Garrison B.J. // J. Phys. Chem. Lett. 2018. V. 9. Iss. 2. P. 359. https://www.doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b03155
  12. Kański M., Hrabar S., van Duin A.C.T., Postawa Z. // J. Phys. Chem. Lett. 2022. V. 13. Iss. 2. P. 628. https://www.doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c03867
  13. Medvedev N.A., Rymzhanov R.A., Volkov A.E. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2015. V. 48. No 35. P. 355303. https://www.doi.org/10.1088/0022-3727/48/35/355303
  14. Rymzhanov R.A., Medvedev N.A., Volkov A.E. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2016. V. 388. P. 41. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2016.11.002
  15. Van Hove L. // Phys. Rev. 1954. V. 95. No 1. P. 249. https://www.doi.org/10.1103/PhysRev.95.249
  16. Palik E.D. Handbook of optical constants of solids. Academic press, 1997. 2008 p.
  17. Henke B.L., Gullikson E.M., Davis J.C. // Atomic data and nuclear data tables. 1993. V. 54. No 2. P. 181. https://www.doi.org/10.1006/adnd.1993.1013
  18. Ritchie R.H., Howie A. // Philos. Mag. 1977. V. 36. No 2. P. 463. https://www.doi.org/10.1080/14786437708244948
  19. Adachi S. The Handbook on Optical Constants of Semiconductors: In Tables and Figures. Singapore: World Scientific Publishing Company, 2012. 632 p.
  20. Powell C.J., Jablonski A. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1999. V. 28. No 1. P. 19. https://www.doi.org/10.1063/1.556035
  21. Jablonski A., Powell C.J. // J. Electron Spectros Relat. Phenomena. 2015. V. 199. P. 27. https://www.doi.org/10.1016/j.elspec.2014.12.011
  22. Ziegler J.P., Biersack U., Littmark J.F. The Stopping and Range of Ions in Solids. New York: Pergamon Press, 1985. 321 p.
  23. Medvedev N., Babaev P., Chalupský J., Juha L., Volkov A.E. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. No 30. P. 16193. https://www.doi.org/10.1039/D1CP02199K
  24. Jo S., Kim T., Iyer V.G., Im W. // J. Comput. Chem. 2008. V. 29. No 11. P. 1859. https://www.doi.org/10.1002/jcc.20945
  25. Abbott L.J., Hart K.E., Colina C.M. // Theor. Chem. Acc. 2013. V. 132. P. 1. https://www.doi.org/10.1007/s00214-013-1334-z
  26. Shirazi M.M.H., Khajouei-Nezhad M., Zebarjad S.M., Ebrahimi R. // Polym. Bull. 2020. V. 77. P. 1681. https://www.doi.org/10.1007/s00289-019-02827-7
  27. Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. No 8. P. 3684. https://www.doi.org/10.1063/1.448118
  28. Plimpton S. // J. Comput. Phys. 1995. V. 117. No 1. P. 1. https://www.doi.org/10.1006/jcph.1995.1039
  29. O'Connor T.C., Andzelm J., Robbins M. // J. Chem. Phys. 2015. V. 142. No 2. P. 024903. https://www.doi.org/10.1063/1.4905549
  30. Stukowski A. // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2009. V. 18. No 1. P. 015012. https://www.doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012
  31. Rymzhanov R.A., Gorbunov S.A., Medvedev N., Volkov A.E. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2019. V. 440. P. 25. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2018.11.034
  32. Rymzhanov, R.A., Medvedev, N., Volkov, A.E. // J. Mater Sci. 2023. V. 58. P. 14072. https://www.doi.org/10.1007/s10853-023-08898-2

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».