Fitování spektra dob života pozitronů

Fitování spektra dob života pozitronů • modelová funkce

 n I  t S t     i e i  i 1  i 

   R t   B  

diskrétní exponenciální komponenty - volné l é pozitrony i - pozitrony zachycené v defektech - zdrojové komponenty

n

I i 1

i

1

pozadí (náhodné koincidence) rozlišovací funkce spektrometru

Fitování spektra dob života pozitronů

) residuals (

CdTe monokrystal jednokomponentní spektrum, 1 = 295 ps

4 2 0 -2 -4 1000 105

2000

3000

4000

5000

6000

2 /  = 0.993(14) 104

cou unts

103

102

101

100 1000

2000

3000

4000

channel (1 ch = 3.125 ps)

5000

6000

Fitování spektra dob života pozitronů

) residuals (

CdTe monokrystal dopovaný In jednokomponentní spektrum, 1 = 300 ps 4 2 0 -2 -4 1000 105

2000

3000

4000

5000

6000

2 /  = 1.103(14) 104

cou unts

103

102

101

100 1000

2000

3000

4000


5000

6000

Fitování spektra dob života pozitronů CdTe monokrystal dopovaný In residuals ()

dvou-komponentní spektrum, 1 = 220(10) ps, 2 = 341(5) ps 4 2 0 -2 -4 1000 105

VCd - In 2000

3000

4000

5000

6000

2 /  = 0.996(14) 104

coun nts

103

102

101

100 1000

2000

3000

4000


5000

6000

Fitování spektra dob života pozitronů HPT – deformované Fe, p = 6 GPa, 5 rotací residuals ( )

6 4 2 0 -2 -4 -6 6 1500

2000

2500

3000

3500

4000

3500

4000

10 6

experiment fit

coun nts

10 5

10 4

10 3

10 2

10 1 1500

2000

2500

3000



6 4 2 0 -2 -4 -6 6 1500

2000

2500

3000

3500

4000

3500

4000

10 6

experiment fit

coun nts

10 5

dislokace

10 4

10 3

10 2

10 1 1500

2000

2500

3000



6 4 2 0 -2 -4 -6 6 1500

2000

2500

3000

3500

4000

10 6

experiment fit 10 5

dislokace

coun nts

klastry vakancí 10 4

10 3

10 2

10 1 1500

2000

2500

3000


3500

4000


6 4 2 0 -2 -4 -6 6 1500

2000

2500

3000

3500

4000

10 6

experiment fit 10 5

dislokace

coun nts

klastry vakancí zdrojové komponenty

10 4

10 3

10 2

10 1 1500

2000

2500

3000


3500

4000

Záchyt v klastrech vakancí

500

lifetime (p ps)

400

300

200

Cu fcc Cu, Al, fcc

100

0 0

10

20

30

40

Number of vacancies

50

60

Záchyt v klastrech vakancí 4V cluster

500

lifetime (pss)

400

300

200

Cu, fcc Al, fcc

100

0 0

10

20

30

40

Number of vacancies

50

60

Záchyt v klastrech vakancí 4V cluster

14V cluster

500

lifetime (pss)

400

300

200

Cu, fcc Al, fcc

100

0 0

10

20

30

40

Number of vacancies

50

60

Specifická záchytová rychlost pro klastry vakancí • specifická záchytová rychlost narůstá s rostoucí velikostí klastru • malé klastry (N  10):

N ~ N

• větší klastry (N > 10):

N se postupně saturuje

R. M. Nieminen, J. Laakkonen, Appl. Phys.20, 181 (1979) 10

 N /  1  a 1  e  bN 

N / 1

8

a  9 .4 b  0 .13

6

4

2

0 0

5

10

15

N

20

25

Záchyt pozitronů v dislokacích • dislokační čára – mělká záchytová jáma • záchyt pozitronu v dislokaci  difúze podél dislokační čáry • konečný záchyt ve vakanci vázané k dislokaci hranová dislokace

např. Fe a ová ddislokace: s o ace:  = 165 65 ps hranová šroubová dislokace:  = 142 ps

šroubová dislokace

Záchyt pozitronů v dislokacích • záchyt pozitronů v dislokacích Kv << Kdl

(vakance je bodový defekt, ale dislokace čárový)

dl << Kdv

(vždy je dostatečná koncentrace vakancí vázaných k dislokacím)

vazebná energie pozitronu

anihilace ihil

E volný pozitron

Edl ~ 0.1 eV

dislokační čára

(číselné hodnoty jsou pro hranové dislokace v Fe)

B = 1/B dl = 1/dl

Kdl Kv

Edv ~ 1 eV vakance vázaná k dislokaci

dv = 1/dv

dl

B = 108 ps dl = 108 ps

Kdv

dv d = 165 ps

L.C. Smedskjaer et al., J. Phys. F 10, 2237, (1980)

Záchyt pozitronů v dislokacích • záchyt pozitronů v dislokacích Kv << Kdl

(vakance je bodový defekt, ale dislokace čárový)

dl << Kdv

(vždy je dostatečná koncentrace vakancí vázaných k dislokacím)

vazebná energie pozitronu

anihilace ihil

E volný pozitron

Edl ~ 0.1 eV

dislokační čára

(číselné hodnoty jsou pro hranové dislokace v Fe)

B = 1/B dl = 1/dl

Kdl Kv

Edv ~ 1 eV vakance vázaná k dislokaci

dl

B = 108 ps dl = 108 ps

Kdv

dv = 1/dv

specific p ppositron trapping pp g rate:  = 10-5 – 10-4 m2 s-1 dislocation density:  = 1012 – 1016 m-2

dv d = 165 ps

Záchyt pozitronů v dislokacích t

• HPT deformovaná Cu, p = 6 GPa, N = 15

střed ( r = 0 )

r okrajj ( r = 3.5 mm )

Záchyt pozitronů v dislokacích • HPT deformovaná Cu, p = 6 GPa, N = 15

distortované oblasti podél hranic zrn

vnitřky zrn

Defekty v UFG kovech připravených HPT vzorek

1 (ps)

I1 (ps)

2 (ps)

I2 (ps)

3 (ps)

I3 (ps)

Cu (105 nm)

-

-

161(3)

64(4)

249(2)

36(4)

Cu (150 nm) HPT p = 3 GPa

-

-

164(1)

83(4)

255(4)

17(4)

Fe (115 nm) HPT p = 6 GPa

-

-

150.9(4)

91(1)

352(6)

9(1)

Ni (120 nm)

-

-

156 4(7) 156.4(7)

80(1)

336(7)

20(1)

HPT p = 6 GPa

HPT p = 6 GPa

volné pozitrony střední difúzní délka e+: L+ = 146 nm

pozitrony zachycené v dislokacích v pporušených ý oblastech podél hrabic zrn pozitrony zachycené v drobných d b ý h shlucích vakancí

Záchyt pozitronů v dislokacích – difúzní záchytový model termalizace záchyt v dislokacích 1. pozitrony v porušených oblastech podél hranic zrn difúze na hranice zrn

2. pozitrony v zrnech

anihilace ve volném stavu

záchyt v klastrech vakancí unvnitř zrn

Fitování Fit á í difúzním difú í modelem d l objemová frakce porušených oblastí, velikost zrn, hustota dislokací, dislokací koncentrace klastrů vakancí





Fitování Fit á í difúzním difú í modelem d l objemová frakce porušených oblastí, velikost zrn, hustota dislokací, dislokací koncentrace klastrů vakancí





Fitování difúzním modelem objemová frakce porušených oblastí, oblastí velikost zrn, hustota dislokací, koncentrace klastrů vakancí

Záchyt pozitronů v dislokacích – difúzní záchytový model HPT deformovaná Cu, p = 3 GPa, N = 6

deformovaný stav


oC - beze změn 130 as-prepared state


oC o–Cabnormální 160 růst zrn 130 as-prepared - no change state


o130 o–Cabnormální oC 250 Cas-prepared růst zrn growth 160 - abnormal - no change state grain


oo o 280 Cas-prepared 250 160 130 Co–C - začátek abnormal C - abnormal - norekrystalizace change state grain grain growth growth


oC oC 250 160 as-prepared C - oabnormal start C -rekrystalizovaná abnormal - of norecrystallization change state grain grain growth growth 400280 –o130 plně struktura

deformovanýý stav relaxace napětí 150 nm

abnormální růst zrn 150 nm + a několik 2-3 m

rekrystalizace ~ 3 m


Lifetimes abnormal g. g.

500

recrystallization

400

Lifetime [ p ps ]

3 - microvoids

300

200

2 - dislocations

100

1 - free positrons 0 0

100

200

300

Temperature [

400 o

C]

500

Záchyt pozitronů v dislokacích – difúzní záchytový model HPT deformovaná Cu, p = 3 GPa, N = 6 500 400 Lifetime [ ps ]

300

Intensities

200

abnormal g g. g g.

100

recrystallization

100

2 - dislocations

0 0

100

200

300

400

500

1 - free positrons

80

Temperature [oC]

Inten nsity [ % ]

60

40

3 - microvoids 20

0 0

100

200

300

Temperature [

400 o

C]

500


3000

recrystallization

50

2500 40 2000 30

1500

1000

20

500 10 0 0 200

300

400

Temperature [

o

500

C]

 [%]

migrace i rovnovážných áž ý h hranic zrn v Cu: Q = 107 kJ / mol

2R R [ nm ]

aktivační energie: Q = 96(10) kJ / mol

HPT deformovaná Cu, p = 3 GPa, N = 6 500

100

400

80 Intensityy [ % ]

Lifetime [ ps ]

300 200 100

60 40 20 0

0 0

100

200 300 Temperature [oC]

400

0

500

100

200

300

400

Temperature

abnormal g. g.

500

[oC]

recrystallization

7

40

concentration of microvoids

6

35 30

4

25

3

20

2

15

size of microvoids

1

10 5

0

0 0

100

200

300

Temperature [

400 o

C]

500

free volum me of ”microvoids" [ vac. ]

cv [10-6 at-1]

5

Microstructure evolution with temperature – PAS

HPT deformovanáCu p = 6 GPa, N = 6, 2R = 105 nm recrystallization

50

objemová frakce porušených oblastí podél hranic zrn

HPT deformovaná Cu, p = 3 GPa, N = 6, 2R = 150 nm

40

posun rekrystalizace do nižších teplot

30

[%]

20

10

0 100

200

300

400

Temperature [

500 o

C]

600

700

Záchyt pozitronů v dislokacích – difúzní záchytový model • 100Cr6 ložisková ocel

Záchyt pozitronů v precipitátech materiál ve vakuu

koherentní precipitát E

elektrony vakuum k 

0



pozitrony



EF





E  ,0 

valenční l č í pás á

• výstupní práce:

vakuum k

           

• povrchový potenciál:  • chemický potenciál:  

Záchyt pozitronů v precipitátech dva materiály A a B v kontaktu


elektrony

A 0

pozitrony

B

A

B

 ,B

 , A

EF


 , A E  ,0, A

 ,B E  ,0,B

2





A+,p < A+,m

• rozdíl díl energií ií základního ákl d íh stavu t e+

E  , A, B    , A    , B    , A    , B 

2



A+,p > A+,m

• afinita pozitronu:

A      

 E  , A , B  A , A  A , B

Záchyt pozitronů v precipitátech dva materiály A a B v kontaktu


elektrony

A 0

rc

B

 , A


A



A+,p < A+,m

EF

 , A E  ,0, A

• minimální i i ál í poloměr l ě precipitátu i itát

rc nm   0 .31 /  AeV 

2



A+,p > A+,m

B

 ,B

2





pozitrony

 ,B E  ,0,B

Záchyt pozitronů v precipitátech koherentní precipitát

2





koherentní precipitát s defekty





A+,p < A+,m

2



A+,p > A+,m

2



Záchyt pozitronů v precipitátech koherentní precipitát

2





nekoherentní precipitát





A+,p < A+,m

2



A+,p > A+,m

2



Fitování spektra dob života pozitronů

Recommend Documents