Озық лазерлік техниканың көмегімен иондық сәулеленген материалдардағы нано – және микро-масштабты жылу беруге жаңа көзқарас
Жаңалықтар: Сәулеленген материалдардағы беттік жылу өткізгіштікті алдыңғы қатарлы лазерлік өлшеудің нәтижелері Journal of Applied Physics, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B и AIP Advances журналдарында жарияланды.
Қатысушылар: Қауымдастырылған профессор Жандос Өтеғұлов, НУ ЖГӘҒМ физика кафедрасының постдокторанттары Азат Абдоллаев және Айнұр Қошқынбаева, АҚШ, Ресей және ОАР әріптестерімен бірлесіп.
Нано – және микро-метрлік масштабтағы қатты күйдегі материалдардың жылу тасымалын бақылау олардың ядролық және термоядролық реакторлардан бастап термоэлектриктерге, наноэлектроникаға, электрохимиялық жинақтағыштарға және биомедициналық технологияларға дейінгі жылу ағынын басқарудың әртүрлі қосымшаларына одан әрі бейімделуі үшін қажет. Жылуды кішігірім кеңістік тереңдігінде беру тәсілдерінің бірі – жоғары қуатты үдеткіш бөлшектермен зарядталған материалды нығыздау. Бұл әдіс жалпы материалдардың зақымдануына ықпал ететініне қарамастан, жылдам ауыр иондармен (ЖАИ) сәулелендіру материалдардың жерүсті аймағындағы жылу өткізгіштігін бақылайтын жоғары бағдарланған латентті тректерді қалыптастырады.
Бұл радиациялық материалтанудағы ЖАИ электрондық тежеу иондардың шағын тереңдіктерге енуінде ядролықтан басым болатын бөлшектерінің ерекше сәулелену нысанын білдіреді. Алайда, энергетикалық иондардың серпімді емес электрондық тежелуі нәтижесінде пайда болатын зақымданулар сәулелендірілген материалдардағы жылудың таралуына қалай әсер ететіні белгісіз. Электрондық және ядролық тежеу режимдері кеңістікте қабаттасатын, энергиясы төмен иондармен сәулеленуден айырмашылығы ЖАИ сәулелендірілген оқшаулағыштарда бұл екі режим нанометрлік масштабта көрінетін беттік құрылымдық зақымданумен кеңістікте бөлінеді.
Диэлектрлік материалдардағы жылудың негізгі тасымалдаушылары болып табылатын торлы фонондармен жылуды тасымалдауға ЖАИ-дың әсерін зерттеу үшін қауымдастырылған профессор Жандос Өтеғұлов НУ ЖӘГҒМ физика кафедрасының постдокторанттары Азат Абдоллаев пен Айнұр Көшкінбаевамен бірлесіп, тиісінше үздіксіз лазерлік сәулеленудің уақытша аймақтағы жылу шағылысуы (УАЖШ) және модуляцияланған жылу шағылысуы (МЖШ) деп аталатын, алдыңғы қатарлы байланыссыз фемтосекундты импульсті лазерлік айдау-зондтау әдісін қолдана отырып, нано және микрометрлік шешімді өлшеулерді жүргізді.
ЖАИ сәулелендірілген сапфирде жылу өткізгіштік деградациясының екі кеңістікке бөлінген аймағы анықталды және ЖАИ сәулелендірілген иондық сілтілі-галогенді кристалдардағы жылу берудің әсері бойынша жаңа нәтижелер алынды.
УАЖШ және МЖШ -ның жанаспайтын және бұзбайтын өлшеу әдістемелерінің бірегей мүмкіндіктерінің арқасында авторлар оптикалық спектроскопия мен жоғары өлшемді электрондық микроскопияны пайдалана отырып, құрылымдық талдаумен расталған иондармен сәулеленген материалдардың жүздеген нанометрінен микрометріне дейінгі тереңдіктегі жылу тасымалын өлшеуді көрсетті. Монокристалды сапфир үлгілерінде ЖАИ оның жылу өткізгіштігін бойлық және көлденең бағытта өзгертетін жоғары бағытталған иондық жолдар түзетіні анықталды, ал литий фторидінің монокристалында иондық индукцияланған нүктелік ақаулар фонондардың дисперсиясына негізгі үлес қосады. Сапфирмен жасалған эксперименттер Дебай жақындауына негізделген жылу беру моделіне сәйкес келетін жылу өткізгіштіктің нақты анықталған мәндері бар екі аймақты анықтады. Олардың бірі – қалыңдығы бірнеше микрометр болатын иондық трек аймағы. Екіншісі – жоғары дозамен сәулелену кезінде пайда болатын және қалыңдығы бірнеше ондаған нанометр болатын беткі аморфты қабат.
Жүргізілген зерттеулер ЖАИ сәулеленуінің қатты диэлектриктердегі жылу тасымалына әсері туралы білімдегі олқылықты жоюға айтарлықтай үлес қосты. Бұл жұмыс радиациялық материалтану саласындағы одан әрі зерттеулер үшін маңызды, мұнда жылу тасымалдау, оқшаулағыш және жартылай өткізгіш материалдардың электрондық, оптикалық, магниттік және электрохимиялық қасиеттері нақты өнеркәсіптік қосымшалардың талаптарына иондық сәулелену арқылы алдын-ала бейімделуі мүмкін.
