Изменение атомного состава материалов под действием высокоэнергетического электронного облучения в колонне электронного микроскопа
Приходько К.Е.
1,2, Дементьева М.М.
11Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Москва, Россия
2Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, Россия

Email: prihodko_ke@nrcki.ru, Dementyeva_MM@nrcki.ru
Поступила в редакцию: 30 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 30 апреля 2025 г.
Принята к печати: 30 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 11 сентября 2025 г.
Изучено влияние высокоэнергетического электронного облучения (200 keV) in situ в колонне просвечивающего электронного микроскопа на образцы поликристаллических пленок оксида висмута BiO2 и оксида меди CuO, а также на тонкие образцы дисульфида тантала TaS2. Установлено, что воздействие электронов пучка вызывает преимущественные смещения легких атомов из узлов кристаллической решетки (для которых переданная энергия Et превышает пороговую энергию смещения Ed) в направлении первоначального движения электронов, что обусловливает последовательное удаление их объема образца и инициирует образование фаз с пониженным содержанием легких атомов. В образцах BiO2 происходило фазовое превращение в оксид висмута Bi2O3, первые признаки которого проявляются при флюенсе 1.5·1023 e/cm2, а с ростом флюенса облучения до 3.5·1023 e/cm2 данное превращение распространяется вглубь образца. При облучении образцов CuO до флюенса 0.55·1023 e/cm2 образуется оксид меди состава Cu2O, а при флюенсе 3.3·1023 e/cm2 - металлическая медь. Фазовые превращения в TaS2 протекают при флюенсе облучения 1.74·1023 e/cm2 с образованием TaS. Разработана модель протекания процесса удаления легких атомов из образца под действием электронного облучения. В рамках разработанной модели получены величины пороговой энергии смещения атомов кислорода 31.3 eV в BiO2, 21.5 eV в CuO, а также для атомов серы 15.2 eV в TaS2. Ключевые слова: фазовые превращения, флюенс, электронно-микроскопические исследования, облучение электронами, облучение электронами в электронном микроскопе, пороговая энергия смещения атома из узла кристаллической решетки, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ), микроскопия с атомным разрешением.
- R.F. Egerton, P. Li, M. Malac. Micron, 35 (6), 399 (2004). DOI: 10.1016/j.micron.2004.02.003
- D.B. Williams, C.B. Carter. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science (Springer, NY., 2009)
- R.F. Egerton. Ultramicroscopy, 127, 100 (2013). DOI: 10.1016/j.ultramic.2012.07.006
- R.F. Egerton. Microsc. Res. Tech., 75 (11), 1550 (2012). DOI: 10.1002/jemt.22099
- R.F. Egerton. Micron., 119, 72 (2019). DOI: 10.1016/j.micron.2019.01.005
- N. Jiang. Reports Prog. Phys. IOP Publishing, 79, 016501 (2016). DOI: 10.1088/0034-4885/79/1/016501
- M.I. Buckett, J. Strane, D.E. Luzzi, J.P. Zhang, B.W. Wessels, L.D. Marks. Ultramicroscopy, 29, 217 (1989)
- L.A.J. Garvie, P.R. Buseck. J. Phys. Chem. Solids, 60 (12), 1943 (1999). DOI: 10.1016/S0022-3697(99)00218-8
- S.R. Gilliss, J. Bentley, C.B. Carter. Appl. Surf. Sci., 241 (1-2), 61 (2005). DOI: 10.1016/j.apsusc.2004.09.018
- A.C. Johnston-Peck, J.S. DuChene, A.D. Roberts, D. Wei, A.A. Herzing. Ultramicroscopy, 170, 1 (2016). DOI: 10.1016/j.ultramic.2016.07.002
- В.И. Николайчик, Б.П. Соболев, М.А. Запорожец, А.С. Авилов. Кристаллография, 57 (2), 348 (2012)
- Д. Синдо, Т. Оикава. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия (Мир, М., 2006)
- W.A. McKinley, H. Feshbach. Phys. Rev., 74, 1759 (1948). DOI: 10.1103/PhysRev.74.1759
- Б.А. Гурович, К.Е. Приходько. УФН, 179 (2), 179 (2009). DOI: 10.3367/UFNr.0179.200902d.0179 [B.A. Gurovich, K.E. Prikhod'ko. Phys. Usp., 52, 165 (2009). DOI: 10.3367/UFNe.0179.200902d.0179]
- Б.А. Гурович, К.Е. Приходько, Е.А. Кулешова, К.И. Маслаков, Д.А. Комаров. ЖЭТФ, 143 (6), 1062 (2013). DOI: 10.7868/S0044451013060062 [B.A. Gurovich, K.E. Prikhod'ko, E.A. Kuleshova, K.I. Maslakov, D.A. Komarov. J. Exp. Theor. Phys., 116, 916 (2013). DOI: 10.1134/S1063776113050191]
- Б.А. Гурович, Д.И. Долгий, Е.А. Кулешова, Е.П. Велихов, Е.Д. Ольшанский, А.Г. Домантовский, Б.А. Аронзон, Е.З. Мейлихов. УФН, 171 (1), 105 (2001). DOI: 10.3367/UFNr.0171.200101d.0105 [B.A. Gurovich, D.I. Dolgii, E.A. Kuleshova, E.P. Velikhov, E.D. Ol'shanskii, A.G. Domantovskii, B.A. Aronzon, E.Z. Meilikhov. Phys. Usp., 44, 95 (2001). DOI: 10.1070/PU2001v044n01ABEH000868]
- Д.И. Долгий, Е.Д. Ольшанский, Е.П. Рязанцев. Конверсия в машиностроении, 3-4, 119 (1999)
- B. Begemann, M. Jansen. J. Less-Common Met., 156 (1-2), 123 (1989). DOI: https://doi.org/10.1016/0022-5088(89)90412-8
- A.F. Gualtieri, S. Immovilli, M. Prudenziati. Powder Diffr., 12 (2), 90 (1997). DOI: 10.1017/S0885715600009490
- N.E. Brese, M. O'Keeffe, B.L. Ramakrishna, R.B. Von Dreele. J. Solid State Chem., 89 (1), 184 (1990). DOI: 10.1016/0022-4596(90)90310-T
- R. Restori, D. Schwarzenbach. Acta Crystallogr. B, 42, 201 (1986). DOI: 10.1107/S0108768186098336
- H.E. Swanson, M.C. Morris, E.H. Evans, L. Ulmer. Standard X-ray Diffraction Powder Patterns (National Bureau of Standarts, Washington DC, 1964)
- W. Blitz, A. Kocher. Z. Anorg. Allg. Chem., 85, 237 (1938)
- H. Mutka, D. Lesueur, L. Zuppiroli. Radiat. Eff., 45 (3-4), 219 (1980). DOI: 10.1080/00337578008208433
- D. Lesueur, J. Morillo, H. Mutkaj, A. Audouard, J.C. Jousset. Radiat. Eff., 77 (1-2), 125 (1983). DOI: 10.1080/00337578308224729