Моделирование повреждений в полиэтилене вдоль траекторий быстрых тяжелых ионов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты моделирования образования на атомарном уровне повреждений вдоль всей траектории быстрых тяжелых ионов, тормозящих в режиме электронных потерь энергии в полиэтилене. Аналитические модели могли бы значительно улучшить понимание формирования треков в полимерах, но имеют своим главным недостатком низкий уровень детализации. В настоящей работе эта проблема решена с использованием мультимасштабной гибридной численной модели: методом Монте-Карло с помощью программы TREKIS описано возбуждение электронной системы материала; молекулярно-динамическое моделирование отклика атомной системы на внесенное налетающим ионом возмущение, реализованное в программе LAMMPS, позволило отслеживать повреждение вплоть до времен полного остывания трека. Детальное описание кинетики взаимодействующих электронной и атомной систем материала позволило продемонстрировать пространственное разделение положений максимумов повреждений и максимумов выделения энергии на траектории иона в полиэтилене на, по меньшей мере, 10 мкм. Различия обусловлены зависимостью начальных спектров электронов, генерируемых вблизи траектории иона, от энергии иона. Продемонстрированные эффекты должны проявляться в любых полимерах и могут иметь решающее значение для эффективной работы облучаемых быстрыми тяжелыми ионами устройств и детекторов, содержащих тонкие полимерные пленки.

Об авторах

П. А. Бабаев

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН

Email: babaevpa@lebedev.ru
119991, Москва

Р. А. Воронков

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН

Email: babaevpa@lebedev.ru
119991, Москва

А. Е. Волков

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН; Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 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».