Кіріспе
Зарядталған бөлшектің кристалл арқылы өту жолын шектейтін процесс Конденсацияланған материя физикасында каналдану (немесе каналдану) - кристаллдық қатты денедегі зарядталған бөлшектің жолын шектейтін процесс. Зарядталған бөлшектің қатты нысанаға соққы берген кезде көптеген физикалық құбылыстар болуы мүмкін, мысалы, серпімді шашырау, серпімсіз энергия жоғалту процестері, екінші электронды эмиссия, электромагниттік сәулелену, ядролық реакциялар және т.б. Бұл процестердің барлығы жеке мақсатты атомдармен соқтығысу кезінде әсер ету параметрлеріне байланысты көлденең қималарға ие. Мақсатты материал біртекті және изотроптық болған кезде соққы параметрлерінің таралуы бөлшектің импульсінің бағытына тәуелсіз болады, ал өзара әрекеттесу процестері де бағытына тәуелсіз болады. Мақсатты материал монокристалл болса, физикалық процестердің өнімділігі кристалл осьтерге немесе жазықтықтарға қатысты бөлшектің импульсінің бағытына өте қатты тәуелді. Басқаша айтқанда, бөлшектің тоқтату күші кейбір бағыттағыдан әлдеқайда төмен. Бұл әсерді "арналау" эффектісі деп атайды. Ол басқа бағытқа тәуелді әсерлермен, мысалы, бөлшектердің дифракциясымен байланысты. Бұл қатынастар кейінірек егжей-тегжейлі қарастырылады.
In condensed matter physics, channelling (or channeling) is the process that constrains the path of a charged particle in a crystalline solid. Many physical phenomena can occur when a charged particle is incident upon a solid target, e. g., elastic scattering, inelastic energy loss processes, secondary electron emission, electromagnetic radiation, nuclear reactions, etc. All of these processes have cross sections which depend on the impact parameters involved in collisions with individual target atoms. When the target material is homogeneous and isotropic, the impact parameter distribution is independent of the orientation of the momentum of the particle and interaction processes are also orientation independent. When the target material is monocrystalline, the yields of physical processes are very strongly dependent on the orientation of the momentum of the particle relative to the crystalline axes or planes. Or in other words, the stopping power of the particle is much lower in certain directions than others. This effect is commonly called the "channelling" effect. It is related to other orientation dependent effects, such as particle diffraction. These relationships will be discussed in detail later.
Тарих
Каналдану эффектісі алғаш рет 1963 жылы екілік соқтығысуды жақындатудың компьютерлік симуляцияларында ашылды. Оак Ридж ұлттық зертханасы тобы кристаллдар арқылы иондарды каналданудың алғашқы берілу эксперименттерін жүргізді. Бұл иондардың таралуы кристаллдардағы көкжиек каналдану әсерінен анықталатынын көрсетті.
Механизм
Қарапайым, классикалық тұрғыдан алғанда, каналдық әсерді сапалы түрде келесідей түсінуге болады: Егер монокристаллдың бетіне түскен зарядталған бөлшектің бағыты негізгі кристалл бағытына жақын болса (сурет. 1) жоғары ықтималдығы бар бөлшектер кристалдағы атомдардың бірнеше қабаттарынан өтіп бара жатқанда ғана кіші бұрышты шашырауы мүмкін және сондықтан сол кристалл "арнасында" қалады. Егер ол негізгі кристалл бағытында немесе жазықтықта болмаса ("түйірмелі бағыт", С. 2) жоғары бұрышты шашырауы мүмкін, сондықтан оның соңғы ену тереңдігі қысқа болады. Егер бөлшектің импульс бағыты кристалл жазықтығына жақын болса, бірақ негізгі кристалл осьтеріне жақын болмаса, бұл құбылыс "жоспарлы арналану" деп аталады. Каналдық жүйелеу әдетте материалға иондардың терең енуіне әкеледі, бұл эксперименттік және компьютерлік симуляцияларда байқалған әсер, қараңыз: Антипротон мен электрон сияқты теріс зарядталған бөлшектер жазықтықтың оң зарядталған ядроларына тартылады, ал жазықтықтың ортасынан өткеннен кейін олар қайтадан тартылады, сондықтан теріс зарядталған бөлшектер бір кристалдық жазықтық бағытына қарай жүреді. Кристалдық жазықтықта атомдық электрондар мен ядролардың тығыздығы жоғары болғандықтан, арналанған бөлшектер ақырында жоғары бұрышты Ратфорд шашырауынан немесе электрондармен соқтығысу кезінде энергия жоғалтудан зардап шегеді және арнадан кетеді. Бұл "арнасыздану" процесі деп аталады. Протон мен позитрон сияқты оң зарядталған бөлшектер жазықтықтың ядроларынан кері қайтарылады, ал көршілес екі жазықтық арасындағы кеңістікке кіргеннен кейін олар екінші жазықтықтан кері қайтарылады. Сонымен оң зарядталған бөлшектер көршілес екі кристалл жазықтықтың арасындағы бағытты ұстанады, бірақ олардың әрқайсысынан мүмкіндігінше алыс қашықтықта. Сондықтан оң зарядталған бөлшектердің жазықтықтың ядролары мен электрондарымен өзара әрекеттесу ықтималдығы аз (кіші "деканализациялау" әсері) және ұзақ қашықтыққа жүреді. Осы құбылыстар зарядталған бөлшектердің импульс бағыты негізгі кристаллдық, жоғары симметриялы оське жақын болған кезде пайда болады. Бұл құбылысты "аксиалды арналау" деп атайды. Жалпы, осьтік каналданудың әсері осьтік жағдайларда қалыптасқан терең потенциалға байланысты жазықтық каналданудан жоғары. Төмен энергияда кристаллдардағы арналау әсерлері жоқ, өйткені төмен энергияда кіші бұрыштық шашырау үлкен әсер параметрлерін қажет етеді, олар жазықтық ара қашықтықтан үлкен болады. Бұл жерде бөлшектің дифракциясы басым. Жоғары энергияда кванттық эффекттер мен дифракция тиімділігі төмен болады және арналандыру эффектісі пайда болады.
Қолданбалар
Каналдау әсерінің бірнеше қызықты қолданулары бар. Каналдану әсерлерін кристалл тордың қасиеттерін және рентген сәулелеріне қолжетімді емес көлемді аймақтағы оның бұзылуларын (допинг сияқты) зерттеу үшін құрал ретінде пайдалануға болады. Қанаттау әдісі интерстициалдардың геометриялық орналасуын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл Ратфордтың кері шашырауы / каналдануы (RBS C) деп аталатын Ратфордтың кері шашырауы / каналдануы (RBS C) деп аталатын иондық сәулелерді талдау әдісінің маңызды нұсқасы. Тіпті, каналдық иондық сәулелерді суперфокусировкалау үшін, яғни субатомдық микроскопияда қолдануға болады. Жоғары энергияда (оннан астам GeV), жоғары энергиялы гамма сәулелерін өндіруді арттыру үшін арналау сәулесін және бөлшектерді жылдамдатушыдағы айналымдағы сәуле шамынан бөлшектерді алу үшін иілген кристалдарды пайдалануды қамтиды.
Жалпы әдебиет
Дж. В. Майер және Э. Римини, Материалдарды талдау үшін иондық сәулелік нұсқаулық, (1977) Академиялық баспа, Нью-Йорк Л. С. Фельдман, Дж. В. Майер және С. Т. Пикрок, Иондық арна арқылы материалдарды талдау, (1982) Академиялық баспа, Нью-Йорк Р. Ховден, Х. Л. Син, Д. А. Мюллер, Физика. Қасиетті. B 86, 195415 (2012) Г. Р. Анстис, Д. К. Кай және Д. Дж. Х. Коккейн, Ультрамикроскопия 94, 309 (2003). Д. Ван Дайк және Дж. Х. Чен, Solid State Communications 109, 501 (1999). С. Хиллиярд пен Дж. Силкокс, Ультрамикроскопия 58, 6 (1995). С. Дж. Пенникук пен Д. Э. Джессон, Physical Review Letters 64, 938 (1990). М. В. Берри мен Озориода. АМ, Физика журналы математикалық және жалпы 6, 1451 (1973). М. В. Берри, Физика журналы C бөлімі, қатты күй физикасы 4, 697 (1971). А. Хоуи, Философиялық журнал 14, 223 (1966). П. Б. Хирш, А. Хоуи, Р. Б. Николсон, Д. В. Пашли және М. Уилан, жұқа кристалдардың электронды микроскопиясы (Баттервортс Лондон, 1965). J.U. Andersen, Channeling туралы жазбалар, http://phys. ау. dk/ағылшын/жарияланымдар/лекция жазбалары/ (2014)
L. C. Feldman, J. W. Mayer and S. T. Picraux, Material Analysis by Ion Channelling, (1982) Academic Press, New York
R. Hovden, H. L. Xin, D. A. Muller, Phys. Rev. B 86, 195415 (2012)
G. R. Anstis, D. Q. Cai, and D. J. H. Cockayne, Ultramicroscopy 94, 309 (2003). D. Van Dyck and J. H. Chen, Solid State Communications 109, 501 (1999). S. Hillyard and J. Silcox, Ultramicroscopy 58, 6 (1995). S. J. Pennycook and D. E. Jesson, Physical Review Letters 64, 938 (1990). M. V. Berry and Ozoriode. Am, Journal of Physics a Mathematical and General 6, 1451 (1973). M. V. Berry, Journal of Physics Part C Solid State Physics 4, 697 (1971). A. Howie, Philosophical Magazine 14, 223 (1966). P. B. Hirsch, A. Howie, R. B. Nicholson, D. W. Pashley, and M. Whelan, Electron microscopy of thin crystals (Butterworths London, 1965). J. U. Andersen, Notes on Channeling, http://phys. au. dk/en/publications/lecture notes/ (2014)