Mechanisms of nanostructural changes in solids irradiated with high-energy heavy ions

28.01.2026 – FLNR Scientific Seminar, 15-30, FlerovLab Conference Hall

Rymzhanov Ruslan, FLNR, JINR

Mechanisms of nanostructural changes in solids irradiated with high-energy heavy ions
(Based on the doctoral thesis)

The results of studies on surface nanostructuring of electronic and energy materials irradiated with fast heavy ions (FHI) are presented in this report. Practical and fundamental interest in radiation effects at interfaces arises from the fact that the excitation kinetics of the target surface differs significantly from processes in massive samples due to possible particle exchange with the environment.
Structural response of functional materials to FHI irradiation was studied using complementary experimental and numerical methods: transmission electron microscopy and a multiscale approach combining TREKIS Mone Carlo model and molecular dynamic simulation. Different stages of formation kinetics of individual ion tracks and the consequencies of their overlap in some amorphizing and non-amorphizing solids are discussed in this work. For the first time the formation mechanisms of various nanoscale defects on the surface: spherical crystalline protrusions, amorphous hemispherical hillocks, conical tracks in the near-surface region, extended structures under irradiation at sliding angles, and through nanochannels as well were studied. Modification of the shape of dielectric nanocrystals under high-fluence FHI irradiation has been studied.

Рымжанов Руслан

Механизмы формирования наноструктурных изменений в твердых телах, облучаемых высокоэнергетическими тяжелыми ионами
(по материалам докторской диссертации))

В докладе представлены результаты исследований наноструктурирования поверхности материалов электроники и энергетики при облучении быстрыми тяжелыми ионами (БТИ). Практический и фундаментальный интерес к радиационным эффектам на границах раздела обусловлен тем, что кинетика возбуждения поверхности мишени значительно отличается от процессов в массивных образцах вследствие возможного обмена частицами с окружающей средой.
Структурный отклик функциональных материалов на облучение БТИ изучался с помощью взаимодополняющих экспериментальных и численных методов: просвечивающей электронной микроскопии и мультимасштабного подхода, сочетающего Монте-Карло модель TREKIS и моделирование на основе молекулярной динамики. В работе обсуждаются различные стадии кинетики формирования отдельных ионных треков и последствия их перекрытия в некоторых аморфизующихся и неаморфизующихся твёрдых телах. Впервые изучены механизмы образования различных наноразмерных дефектов на поверхности: сферических кристаллических выступов, аморфных полусферических хиллоков, конических треков в приповерхностной области, протяженных структур при облучении под скользящими углами, а также сквозных наноканалов. Исследована модификация формы нанокристаллов диэлектриков при воздействии БТИ при высоких флюенсах облучения.