Materialforskare vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har använt en ny pulserad jonstrålemetod för att identifiera mekanismer för bildning av strålningsdefekter i kisel.

Forskningen kan få konsekvenser för förbättringar av modern elektronikprestanda.

Att förstå strålningsdefekter i kristaller har varit en stor materialfysisk utmaning i årtionden. Stabil defektbildning involverar ofta dynamiska processer av migration och interaktion av punktdefekter som genereras av energirika partiklar. De exakta vägarna för defektbildning, dock, har förblivit svårfångade, och de flesta aktuella förutsägelser av strålningsskador är i huvudsak empiriska anpassningar till experimentella data. Detta gäller även det bäst studerade och utan tvekan enklaste materialet, kristallint kisel, som är ryggraden i modern elektronik. Tills nyligen, forskare saknade experimentella metoder som direkt kunde undersöka dynamiken i defektskapande och glödgning.

I en artikel publicerad i 6 januari upplagan av Vetenskapliga rapporter , teamet från LLNL och Texas A&M University använde en ny experimentell metod för att studera termiskt aktiverade defektinteraktionsprocesser i kisel. Metoden utnyttjar pulsad, snarare än kontinuerligt, jonstrålar som kan undersöka defektinteraktionsdynamik. Genom att mäta temperaturberoende för den dynamiska glödgningshastigheten för defekter, teamet hittade två distinkta regimer av defektinteraktion, vid temperaturer över och under 60 grader Celsius, respektive.

Hastighetsteorimodelleringen, benchmarkad mot data med pulserande strålar, pekade på en avgörande roll för både vakans och interstitiell spridning, med den defekta produktionstakten begränsad av migreringen och samspelet mellan lediga platser.

"Direkta mätningar av aktiveringsenergierna för de dominerande dynamiska glödgningsprocesserna är nyckeln för att förstå bildandet av stabila strålningsskador i material, " sa LLNL-forskaren Joseph Wallace, tidningens huvudförfattare.

"Detta arbete ger en plan för framtida pulserande strålstudier av strålningsdefektdynamik i andra tekniskt relevanta material, " sa Sergei Kucheyev, LLNL-projektledaren.