Structural changes in polycrystalline indium oxide after irradiation with xenon ions

A. E. Solovyeva

doi:10.17073/1683-4518-2022-11-39-47

Structural changes in polycrystalline indium oxide after irradiation with xenon ions

A. E. Solovyeva

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-11-39-47

Full Text:

Abstract

Changes in the structure of polycrystalline indium oxide after irradiation with xenon ions with energies of 140 and 300 keV have been studied. It has been found that irradiation with xenon ions leads to a change in the chemical composition of indium oxide, accompanied by phase transformations, an increase in the reflective intensity of X-ray lines of the indium oxide structure, and an increase in the unit cell parameter over the depth of the sample. The X-ray method was used to separate the elastic and inelastic effects of xenon ions on the structure of indium oxide. The concentration of xenon ions, dissolved over the depth of the sample, was determined as a function of the irradiation energy. A structural model of the dissolution of xenon ions in the indium oxide lattice is presented, which explains the formation of an ionic bond of xenon with indium and oxygen atoms and anionic vacancies. The intercalation of xenon ions into the octahedral positions of indium oxide leads to the formation of an interstitial solid solution based on indium oxide along the depth of the sample. It has been found that the energy of defect formation in the structure of indium oxide after irradiation of the samples depends on the dose of xenon ions and the irradiation energy. The experimental and theoretical calculations were made to determine the lattice parameter and ionic radius of xenon in the XeO₂ compound, and the correct mechanism for the formation of an interstitial solid solution based on indium oxide was found. A mathematical model has been calculated that explains the increase in the reflective X-ray intensity of indium oxide lines over the depth of the sample after irradiation with xenon ions. Ill. 9. Ref. 18. Tab. 3.

Keywords

indium oxide, xenon ion irradiation, X-ray radiation, solid solution, dose of xenon,

About the Author

A. E. Solovyeva

Сухумский физико-технический институт Академии наук Абхазии
Abkhazia

References

1. Диасамидзе, Э. М. Структурные изменения в поликристаллическом оксиде алюминия при высокотемпературном отжиге в вакууме и ионном облучении / Э. М. Диасамидзе, В. Л. Марков, А. Е. Соловьева // Физика и химия обработки материалов. ― 1989. ― № 6. ― С. 25‒30.

2. Zirour, H. Radiation damage induced in Al2O3 single crystal by 90 MeV Xe ions / H. Zirour, M. Izerrouken, A. Sari // Nuclear instruments and ethods in Physics Research. Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. ― 2015. ― Vol. 365, part A. ― P. 269‒272.

3. Диасамидзе, Э. М. Структурные изменения в поликристаллическом оксиде скандия при ионном облучении / Э. М. Диасамидзе, В. Л. Марков, А. Е. Соловьева // Физика и химия обработки материалов. ― 1991. ― № 6. ― С. 5‒11.

4. Диасамидзе, Э. М. Структурные изменения в поликристаллическом оксиде иттрия при ионном облучении / Э. М. Диасамидзе, В. Л. Марков, А. Е. Соловьева // Физика и химия обработки материалов. ― 1992. ― № 1. ― С. 16‒20.

5. Solovyeva, А. Е. Synthesis of Sc3TaO7 compound and modeling the mechanism of phase transformations on thermal of heat and irradiation by xenon ions / А. Е. Solovyeva // High temperature material processes: an international quarterly of high-technology plasma processes. ― 2016. ― Vol. 20. ― P. 107‒114.

6. Диасамидзе, Э. М. Внутренние напряжения сплавов титана с добавками скандия, облученных ионами ксенона / Э. М. Диасамидзе, В. Л. Марков, И. М. Неклюдов, А. Е. Соловьева // Радиационные материалы. ― 1990. ― Т. 7. ― С. 265‒270.

7. Соловьева, А. Е. Изменения структуры поликристаллического ниобия при облучении его ионами ксенона различных энергий / А. Е. Соловьева // УПФ. ― 2018. ― Т. 6, № 2. ― С. 141‒148.

8. Соловьева, А. Е. Изменение структуры поликристаллического оксида иттрия при облучения ионами ксенона / А. Е. Соловьева // УПФ. ― 2017. ― Т. 5, № 6. ― С. 191‒197.

9. Миркин, Л. И. Справочник по структурному анализу поликристаллов / Л. И. Миркин. ― М. : Изд-во ФМЛ, 1961. ― 860 с.

10. Уманский, Л. С. Рентгенография металлов и полупроводников / Л. С. Уманский. ― М. : Металлургия, 1960. ― 540 с.

11. Solovyeva, А. Е. Changes in the crystal structure and electro physical properties of polycrystalline indium oxide when heated in air / А. Е. Solovyeva // Refract. Ind. Ceram. ― 2022. ― Vol. 62, № 6. March. ― P. 711‒716. DOI 10.1007/s11148-022-00667-z. Соловьева, А. Е. Изменения кристаллической структуры и электрофизических свойств поликристаллического оксида индия при нагреве на воздухе / А. Е. Соловьева // Новые огнеупоры. ― 2021. ― № 12. ― С. 55‒60.

12. Соловьева, А. Е. Образование шнура проводимости и пробоя в поликристаллическом оксиде индия / А. Е. Соловьева // Физика и техника полупроводников. ― 1992. ― Т. 26, № 3. ― С. 408‒412.

13. Соловьева, А. Е. Свойства поликристаллического оксида индия на воздухе и в вакууме / А. Е. Соловьева, В. А. Жданов, В. Л. Марков, Р. Р. Швангирадзе // Неорганические материалы. Изв. АН СССР. ― 1982. ― Т. 18, № 5. ― С. 825‒828.

14. Brock, D. S. Synthesis of the missing oxide of xenon, XeO2, and its implications for earth’s missing xenon / D. S. Brock, G. J. Schrobilgen // J. Am. Chem. Soc. ― 2011. ― Vol. 133. ― P. 6265‒6269.

15. Zhu, Q. Stability of xenon oxides at high pressures / Q. Zhu, D. Y. Jung, A. R. Oganov [et al.] // J. Nat. Chem. ― 2013. ― Vol. 5. ― P. 61‒65.

16. Herman, A. Xenon sub oxides stable under pressure / A. Herman, P. Schwerdtfeger // J. Physical Chemistry Letters. ― 2014. ― Vol. 5. ― P. 4336‒4342.

17. Devaele, A. Synthesis and stability of xenon oxides under pressure / A. Devaele, N. Worth, C. J. Pickard [et al.] // J. Nature Chemistry. ― 2016. ― Vol. 8. ― P. 784‒790.

18. Solovyeva, A. E. Formation of cubic modification oxides with BCC-lattice type C in polycrystalline dioxides of hafnium, zirconium and cerium upon heating / А. Е. Solovyeva // Refract. Ind. Ceram. ― 2021. ― Vol. 62, № 2. July. ― P. 175‒184. DOI 10.1007/s11148-021-00579-4. Соловьева, А. Е. Образование оксидов кубической модификации с ОЦК-решеткой типа С в поликристаллических диоксидах гафния, циркония и церия при нагреве / А. Е. Соловьева // Новые oгнеупоры. ― 2021. ― № 3. ― С. 48‒58.

Supplementary files

For citation: Solovyeva A.E. Structural changes in polycrystalline indium oxide after irradiation with xenon ions. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2022;(11):39-47. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-11-39-47

Refbacks

There are currently no refbacks.

ISSN 1683-4518 (Print)

Username
Password