Hoe dunner het siliciumkristal, des te beter. Inderdaad, dunnere kristallen bieden betere manieren om de banen van zeer energierijke ionen in deeltjesversnellers te manipuleren. Andere toepassingen zijn materiaalanalyse, dotering van halfgeleiders en bundeltransport in grote deeltjesversnellers. Al deze zijn afhankelijk van ons begrip van hoe positief geladen hoogenergetische deeltjes door kristallen bewegen.

Dit proces, genaamd ion channeling, is de focus van een nieuw artikel van Mallikarjuna Motapothula en Mark Breese, werkzaam aan de National University of Singapore. In een paper gepubliceerd in EPJ B , de auteurs bestuderen hoe de kristalperiodiciteit de beweging van ionen beïnvloedt waarvan de energie tot een bereik van 1 tot 2 MeV behoort, omdat ze worden doorgelaten door zeer dunne kristallen in de orde van enkele honderden nanometers, en hoe het hun hoekverdeling beïnvloedt.

Kanalisering in kristallen vindt plaats wanneer de transversale energie van invallende ionen kleiner is dan de maximale potentiële energie die hoort bij een atoomrij of een kristalvlak. De auteurs bestuderen de banen van hoogenergetische ionen, die door verschillende radiale ringen van atomaire strengen gaan voordat ze het dunne kristal verlaten. Elke ring kan focussen, sturen of verstrooien van de gekanaliseerde ionen in de dwarsrichting.

Wat zo interessant is aan dit werk is dat het gebaseerd is op een geavanceerd proces om veel dunnere kristallen te fabriceren dan voorheen mogelijk was, tot 55 nanometer. Dit, beurtelings, maakt het mogelijk om veel gevoeligere en fijnere hoekstructuren in de verdeling van doorgelaten ionen waar te nemen.

Dankzij zulke geavanceerde materialen, de auteurs ontdekten dat verschillende eerder waargenomen maar slecht begrepen verschijnselen die verband houden met ionenkanalisatie nu kunnen worden verklaard. Deze verschijnselen houden verband met het feit dat ionen de kristalkernen binnen een bepaald bereik van afstanden naderen en worden verstrooid over een hoek die groot genoeg is om interactie aan te gaan met verschillende aangrenzende atomen voordat ze het dunne kristal verlaten met een kenmerkende hoekverdeling.