Search

Dijamant je poluvodički materijal širokog zabranjenog pojasa i izvrsnih mehaničkih svojstava. Posljednjih godina raste zanimanje za umjetno proizvedenim dijamantima visoke čistoće koji se primjenjuju kao čestični detektori u fizici visokih energija, što u radioterapiji kao dozimetri, a potencijalno i u kvantnim računalima u kojima se istražuje primjena NV (engl. nitrogen vacancy) centara pri izradi kvantnih bitova (engl. qubits). Upravo iz tih razloga veliki se napori ulažu u detaljnu karakterizaciju svojstava dijamanta poput: električne otpornosti, širina zabranjenog pojasa (engl. band gap), mobilnosti nosioca naboja, zaustavne moći, itd. U ovom radu je mjerena zaustavna moć za protonske snopove energija u rasponu od 1.6 do 6 MeV-a koji prolaze kroz tanki kristal sintetičkog dijamanta, realiziran kao samopodržavajuća membrana mikrometarske debljine. Najprije, kako bi se moglo precizno odrediti zaustavnu moć, bilo je potrebno odrediti debljinu same membrane te su za to korištena dvije različite metode: indirektno mjerenjem apsorpcije x-zraka u membrani tzv. PIXE (engl. particle-induced x-ray emission) metodom i direktno iz snimaka ruba membrane dobivenih pretražnom elektronskom mikroskopijom (engl. scanning electron microscopy, SEM). Nakon toga je izmjeren gubitak energije protonskog snopa pri prolasku kroz membranu tzv. STIM (engl. scanning transmission ion microscopy) metodom te je iz dobivenih mjerenja određena zaustavna moć protona MeV-skih energija u dijamantu. Dobiveni rezultati uspoređeni su s vrijednostima zaustavne mo´ci dobivene u Monte Carlo simulacijama unutar SRIM (engl. Stopping and Range of Ions in Matter) programskog paketa i eksperimentalnim rezultatima drugih autora. Naposlijetku, određen je energijski rasap u dijamantu te su rezultati također uspoređeni s vrijednostima dobivenim pomoću SRIM programskog paketa. Diamond is a semiconductor material with a wide band gap and excellent mechanical properties. In the last few years interest for high purity synthetic diamonds is growing due to its various applications ranging from high energy physics (particle detectors), radiotherapy (dosimeters) to quantum computing in which nitrogen vacancy (NV) centers in diamond are being researched as a possible way of creating qubits. For these reasons extensive efforts are being made to characterize the properties of synthetic diamond such as: electrical resistivity, band gap width, mobility of free charge carriers, stopping power, etc. In this work, stopping power for proton beams of energies ranging from 1.6 to 6 MeV pass through a thin crystal of synthetic diamond which is made as a self-supporting membrane of micrometer thickness. Firstly, in order to properly calculate the stopping power, the thickness of the membrane needed to be measured for which two different methods were used: indirectly by measuring the absorption of x-rays in the membrane via the so-called PIXE (particle induced x-ray emission) method and directly from pictures of the membrane’s edge obtained with scanning electron microscopy (SEM). After the membrane thickness was calculated, the energy loss inside the membrane was measured using the so-called STIM (scanning transmission ion microscopy) technique from which the stopping power for MeV protons in diamond was calculated. The stopping power for diamond was calculated and cross referenced with stopping power data obtained by Monte Carlo simulations from SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) and experimental data from other authors. Finally, energy straggling was calculated and cross referenced with values obtained via the SRIM program.

Proizvodnja i karakterizacija ionskih tragova brzim teškim ionima područje je primjenjene fizike koje je u intenzivnom razvoju. Osim mnogobrojnih primjena jetkanih ionskih tragova, u posljednje vrijeme sve više pažnje privlače latentni ionski tragovi, kako zbog mogućih primjena tako i zbog odgovora koje daju na pitanja vezana uz fundamentalne procese prilikom interakcije brzih teških iona s materijom. Tipične dužine latentnih ionskih tragova su desetak mikrometara, ali im se promjer mjeri u nanometrima, što je oduvijek predstavljalo značajnu poteškoću u njihovoj karakterizaciji. Promjer jetkanih tragova ovisi o vremenu jetkanja, a komercijalno dostupne membrane imaju dimenzije pora izmedu 0.1 i 10 mikrometara. Karakterizacija submikronskih pora često predstavlja problem zbog ograničenja optičkog mikroskopa, koji je još više naglašen pomicanjem granica dimenzija jetkanih tragova u područje ispod 100 nm. Postojeći 6 MV tandem van de Graaff akcelerator u Laboratoriju za interakciju ionskih snopova u kombinaciji s ionskom mikroprobom predstavlja suvremenu platformu za modifikaciju materijala snopovima brzih, teških iona. U ovom radu bit će prikazan status tri projekta: konstrukcija novog sustava za detekciju pojedinačnih iona, karakterizacija komercijalnih polimernih "track etched" membrana pomoću STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy) metode, te proizvodnja i karakterizacija ionskih tragova na površini SrTiO3 pomoću AFM-a.