Predgovor

---

Oznaka: 0098012

FOTON-ATOM MEĐUDJELOVANJE I KORELACIJE

PHOTON-ATOM INTERACTION AND CORRELATIONS
Voditelj projekta: dr. sc. Tihomir Surić

Tel. ++385 1 4571 302   e-mail: [e-mail]

Suradnici
Krunoslav Pisk, doktor fiz. znanosti, znanstveni savjetnik
Tihomir Surić, doktor fiz. znanosti, viši znanstveni suradnik

Vanjski suradnici
Evgenii G. Drukarev, doktor fiz. znanosti, redoviti profesor, Petersburg Nuclear Physics Institute, St. Petersburg, Rusija
Zoran Kaliman, doktor fiz. znanosti, docent, Filozofski fakultet, Sveučilište u Rijeci, Rijeka (konzultant)
Richard H. Pratt, doktor fiz. znanosti, redoviti profesor, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, SAD (konzultant)

Program rada i rezultati na projektu:

Projekt obuhvaća istraživanja korelacije medju česticama u procesima fotoabsorpcije, raspršenja fotona i raspršenja nabijenih čestica na atomskim sistemima u uvjetima, za atomske sisteme, relativno visokih energija. Prvenstveno smo proučavali procese fotoabsorpcije (većim dijelom u suradnji s R.H. Prattom, University of Pittsburgh, SAD, i E. G. Drukarevom, Petersburg Nuclear Physics Institute, Rusija) i procese raspršenja fotona (u suradnji sa Z. Kaliman, Sveučilište u Rijeci). Rad u području procesa fotoabsorpcije obuhvaća i proširenje našeg pristupa preko asimptotskih Fourier transformacija na niže energije, što zahtijeva uključivanje viših korelacijskih efekata važnih na nižim energijama, koji na višim energijama imaju zanemariv doprinos. U suradnji sa Z. Kalimanom sa Sveučilišta u Rijeci izučavali smo ulogu korelacija u procesima neelastičnog raspršenja fotona na atomskim sustavima. Razvili smo novi teorijski opis komptonskog raspršenja fotona na sustavu s mnoštvom elektrona. Ovaj opis predstavlja generalizaciju uobičajene impulsne aproksimacije i uključuje korelacijske korekcije i dinamičke efekte.

Research programme and results:

Theoretical investigations of correlations in atomic processes involving photon atom interaction have been carried out. We have studied photoabsorption processes (in collaboration with R. H. Pratt, University of Pittsburgh, USA, and E. G. Drukarev, Petersburg Nuclear Physics Institute, Russia) and inelastic photon scattering processes (in collaboration with Z. Kaliman, University of Rijeka). We have extended our asymptotic Fourier transforms approach to photoabsorption processes at lower energies. This extension required identification and calculation of higher order correlation effects important for photoabsorption processes. In collaboration with Z. Kaliman, University of Rijeka, we have studied the importance of correlations in inelastic photon scattering (Compton scattering) from bound electrons. A new approach is proposed in treating doubly differential cross section for Compton scattering of a photon from an N-electron many-body state. In this approach the usual impulse approximation (IA) is generalized to include dynamic effects as well as correlations and nonlocal exchange corrections.

---

Oznaka: 0098013

PROCESI MEĐUDJELOVANJA BRZIH IONA I TVARI

FAST ION INTERACTIONS WITH MATTER
Voditelj projekta: dr. sc. Milko Jakšić

Tel. ++385 1 4680 942   e-mail: [e-mail]

Suradnici
Ivančica Bogdanović-Radović, doktorica fiz. znanosti, znanstvena suradnica, u zvanju više znanstvene suradnice od 9.12.2005.
Mladen Bogovac, magistar fiz. znanosti, stručni suradnik
Stjepko Fazinić, doktor fiz. znanosti, znanstveni suradnik
Davor Gracin, doktor fiz. znanosti, viši znanstveni suradnik od 30.6.2005. (konzultant)
Milko Jakšić, doktor fiz. znanosti, znanstveni savjetnik
Zvonko Medunić, doktor fiz. znanosti, znanstveni suradnik od 7.4.2005.
Željko Pastuović, magistar fiz. znanosti, asistent, znanstveni suradnik
Zdravko Siketić, dipl. ing. fizike, znanstveni novak u suradničkom zvanju asistenta
Natko Skukan, inž. fizike, stručni suradnik
Tonči Tadić, doktor fiz. znanosti, viši asistent (mirovanje radnog odnosa)

Tehnički suradnici
Andrija Gajski, tehničar
Željko Periša, dipl. ing. prometnih znanosti

Vanjski suradnici
Vesna Borjanović, doktorica fiz. znanosti, Fakultet elektronike i računarstva, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb (konzultantica)

Program rada i rezultati na projektu:

Temeljem sve većeg interesa svjetske znanosti za razvoj novih materijala i tehnologija, istraživanja procesa međudjelovanja brzih iona energija reda MeV i tvari smo usmjerili na one procese koji se dešavaju s najvećim vjerojatnostima, a zbog mogućih primjena u karakterizaciji materijala ili modifikaciji njegovih svojstava. Pri tom smo težište stavili na procese elastičnih raspršenja brzih iona na jezgrama ili atomskim elektronima, što su u pravilu procesi bitno veće vjerojatnosti od nuklearnih reakcija. Sva istraživanja su rađena s ionskim snopovima Tandem Van de Graaff akceleratora na Institutu "Ruđer Bošković".

Kod istraživanja elastičnih raspršenja iona na jezgrama mete, važno je istaknuti da se vjerojatnosti bitno povećavaju za prednje kuteve, niže energije iona i teške projektile (i mete). Ta činjenica je baza ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) spektroskopije. Nedostatak literaturnih podataka o elastičnim udarnim presjecima za lake ione (He i ⁷Li) u nama važnim energijskim područjima, za elastična raspršenja (izboj – recoil) na vodiku koji je najinteresantniji za primjenu ERDA spektroskopije, bili su predmet istraživanja u nekoliko objavljenih radova. U slučaja He snopa, mjerenja su izvršena za područje 2.0 do 4.8 MeV, a za ⁷Li snop za područje od  2.28 do 5. 70 MeV. Naši eksperimentalni podaci su ubrzo uvršteni u svjetske baze podataka, te najrašireniji računalni program za analizu RBS i ERDA metoda – SIMNRA. Posljedica rada na proučavanju elastičnih raspršenja je i razvoj ERDA metode s IEE (Ion Electron Emission) detektorskim sustavom koji smo konstruirali na novoj komori za raspršenje nuklearne mikroprobe. Zbog činjenice da je sustav smješten na nuklearnoj mikroprobi, postigli smo do sad najbolje karakteristike (u prostornoj razlučivosti) za 3D analizu vodika u tankim nanometarskim slojevima.

Činjenica da svaki brzi ion prilikom svog ulaska u tvar gubi energiju u velikom broju sudara s atomskim elektronima, te kao direktni efekt tog prolaska, stvara parove elektron-šupljina, iskorištena je za proučavanje procesa transporta stvorenih nosilaca naboja u metama poluvodiča ili izolatora u kojima postoji električno polje. Poznavajući vrlo dobro proces gubitka energije iona u materijalima, mogu se dakle proučavati svojstva transporta naboja u različitim materijalima ili jednostavnim elektroničkim elementima. U sustavu nuklearne mikroprobe svakom ionu dobro znamo i poziciju (s razlučivanjem od 1 mikrona) i ovisnost gubitka energije po cijeloj dubini dosega iona, što nam pruža mogućnost za mikroskopsku primjenu, ali i proučavanje slojeva koji se nalaze u dubini materijala što nije moguće izvesti drugim metodama. Metoda koja je razvijena na toj bazi je IBIC (Ion Beam Induced Charge), koja je i u periodu ovog projekta primjenjena na niz problema. Treba istaknuti prvo objavljeno mjerenje elektroničkih svojstava SiC Schottky dioda IBIC metodom, te prvi put objavljena mjerenja temperaturne ovisnosti (u rasponu od 100 – 300 K) IBIC odziva, na primjeru CdZnTe poluvodičkog detektora. Prvi put je ionski snop korišten za punjenje nabojnih zamki u istom materijalu, kojima se naknadnim grijanjem moglo odrediti i energetske nivoe. Kontroliranim unošenjem defekata ozračivanjem silicijskih fotodioda pojedinačnim ionima (H, He, Li i O iona energije 2 – 4 MeV), na različite dubine i površine, ispitana je mogućnost proizvodnje poziciono osjetljivih detektorskih struktura.

Ugled same grupe, a time i ovog projekta, potvrđen je domaćinstvom znanstvenog skupa kojeg smo u lipnju 2005, u suradnji s International Atomic Energy Agency (IAEA) organizirali u Dubrovniku - 'International Symposium on Utilization of Accelerators'. Sredinom 2005, završena je i montaža novog Tandetron akceleratora koji će sa bitno stabilnijim radnim uvjetima i nižim područjem radnih energija ionskog snopa (0.1 do 1.0 MV), proširiti mogućnosti istraživačkog rada s ionskim snopovima.

Research programme and results:

Following the high interests in development of new materials, our research of interaction processes between ions of MeV energy range and materials have been concentrated towards processes that occur with high probability due to possible applications to material characterization and modification. The most probable processes that have been studied were elastic scattering of ion beam by nuclei which is important to RBS and ERDA techniques and processes of ionization by ion beam which is important to PIXE technique. All experiments have been performed with ion beams from Tandem van de Graaff accelerator of the Ruđer Bošković Institute.

ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) technique is the most sensitive of all ion beam analysis techniques due to high scattering probabilities used in the analysis. Insufficient literature data on elastic scattering cross sections have motivated our measurements for recoil of hydrogen ions by He and Li ions. We completed experimental measurements of cross sections for He ions between 2.0 and 4.8 MeV, and for ⁷Li ions between 2.28 and 5.70 MeV.  We also completed development of IEE (Ion Electron Emission) ERDA detector system that has been mounted on the new microprobe scattering chamber. As the system is mounted on a nuclear microprobe we achieved to date the best imaging characteristics for 3D analysis of hydrogen in thin nanometer layers.
Fast ions lose energy through multiple collisions with atomic electrons while transversing matter and form electron-hole pairs as a result. This property is used to investigate the transport processes of charges in various materials or simple electronic elements. In the system of the nuclear microprobe the position (with 1 micron accuracy) as well as energy loss for every ion is known for its full penetration range. This allows the possibility for microscopic applications as well as the investigation of layers that lie inside materials, which is not possible to perform with other methods. The method developed using this property is IBIC (ion Beam Induced Charge). We completed the first IBIC measurement of electronic properties of SiC Schottky diodes and the first measurements of temperature dependent IBIC (between 100 and 300 K) response for CdZnTe semiconductor detector that was also used to measure defect energy levels. Structuring of radiation damage in Si pin diodes has been also performed using single ions (H, He, Li and O) of different energy and range. This we used to investigate the possibility to produce position sensitive detector structures.

In collaboration with International Atomic Energy Agency (IAEA) we organized 'International Symposium on Utilization of Accelerators' during June 2005 in Dubrovnik. We also completed installation of new Tandem accelerator, which will with significantly more stable working conditions and lower energies of the ion beam (0.1 to 1.0 MeV) expand the research possibilities.