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La excitación electrónica: mucho más dañina de lo que se pensaba

Investigadores del Equipo de Fotónica y Nanofotónica del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), están estudiando el daño que causa la excitación electrónica asociada al paso de las partículas cargadas por la materia.

Ilustración mostrando el daño y amorfización causadas en un cristal de LiNbO3 por una irradiación con iones pesados de alta energía. Nótese la banda oscura ancha asociada al daño electrónico y la fina y tenue a más profundidad asociada al daño nuclear. Los espectros Raman colocados encima del esquema muestran las zonas cristalinas con picos Raman muy bien definidos y los valles que corresponden a las zonas amorfas.

El daño estructural producido por irradiación en materiales inorgánicos y orgánicos y la correspondiente degradación de dispositivos funcionales, son aspectos clave en un gran número de tecnologías presentes y futuras. Mención aparte merece su interés científico fundamental como exponente de las interacciones entre la radiación y la materia. Las tecnologías que se benefician de estos estudios incluyen, entre otras, instalaciones de fisión y fusión nuclear, almacenamiento e inmovilización de residuos radiactivos, vida útil de componentes y dispositivos electrónicos y optoelectrónicos en misiones espaciales, implantación iónica para dopaje y modificación de materiales, tecnologías de corte inteligente, micro- y nano-grabado de materiales e incluso terapia con iones pesados (C y O) en medicina.

Un agente de daño particularmente relevante son las partículas cargadas e iones, tales como los producidos en aceleradores y los que se producen como productos secundarios por bombardeo con neutrones en reactores de fisión y fusión. Hasta ahora se suponía que el mecanismo dominante de daño era la colisión elástica de los iones incidentes con los átomos que constituyen el material.

Recientemente, el laboratorio del Profesor Fernando Agulló del CMAM de la Universidad Autónoma de Madrid, con la colaboración de grupos del CSIC (Dr. Jose Olivares, IO, Dr. Antonio Rivera, IMM y Dr. Fernando Agulló-Rueda, ICMM), de la UAM (Prof. José Manuel Cabrera, Dr. Ángel. Méndez), así como del consorcio CELLS en Barcelona (Dr. Gastón García), está llegando a la conclusión de que la excitación puramente electrónica asociada al paso de las partículas cargadas por la materia puede incrementar el daño causado en varios órdenes de magnitud.

Los resultados obtenidos por estos investigadores sobre LiNbO3, como material aislante electro-óptico de referencia, indican que este daño tiene características peculiares que son muy diferentes del debido a las colisiones atómicas. Por ejemplo, la eficiencia de daño aumenta de un modo superlineal (abrupto) con la energía depositada por unidad de camino de la partícula. El grupo citado ha propuesto y publicado en Physica Status Solidi A (Phys. Status Solidi A, 1– 8 (2009) / DOI 10.1002/pssa.200824409), un primer modelo teórico que permite cuantificar el daño producido y su distribución espacial dentro de la muestra. La comparación con experimentos realizados en una gran variedad de situaciones es muy satisfactoria y puede ayudar a interpretar algunos de los interrogantes existentes sobre los mecanismos del daño. Actualmente se está desarrollando un código MonteCarlo que permite visualizar la evolución del daño y de su morfología bajo irradiación y que está a punto de ser enviado para publicación.

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid (UCCUAM)
Derechos: Creative Commons

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