Thermal transport across nanoscale damage profile in sapphire irradiated by swift heavy ions

2020

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Green Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1063/1.5126413
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

We studied the degradation of thermal conductivity in single crystal sapphire (α-Al2O3) irradiated by 167 MeV Xe swift heavy ions (SHIs) over the multiple fluences in the range of 1012–1014 ions/cm2. Thermal conductivity was measured primarily in the cross-plane direction using a noncontact ultrafast optical pump-probe technique called picosecond time domain thermoreflectance (TDTR). Multiple samples with variable ion fluences allowed us to probe distinct regions resulting from different regimes of microstructure evolution caused by electronic energy loss. By tuning the penetration depth of the thermal waves using different modulation frequencies, two regions with distinct conductivities were identified and the values of which were found to be consistent with phonon-mediated thermal transport models while the microstructure was confirmed by electron microscopy characterization. These damaged regions were determined to be a several micrometer thick ion track region and several tens of nanometer-thick amorphous layer present only above 5.0 × 1013 ions/cm2. These results demonstrate the applicability of TDTR to resolve thermal transport behavior in SHI irradiated oxides having nonhomogeneous damage profile on a nanometer scale. The presented approach facilitates future studies aiming at resolving the impact of distinct damage resulting from electronic and nuclear stopping regimes under irradiation.