Estudo da estabilidade de nanoestruturas de Ag E Au sob irradiação de elétrons

Abstract

A formação e modificação de nanoestruturas têm atraído grande interesse acadêmico e tecnoló- gico em função de suas possibilidades de aplicação e inovação. Portanto, técnicas que permitam produzir e trabalhar com essas estruturas são de grande importância para o desenvolvimento desta área de estudo e suas possíveis aplicações. A irradiação com feixes de elétrons oferece um meio para obter, modificar e manipular esses materiais, porém o uso da técnica, bem como o estudo e compreensão da interação dos elétrons com a matéria ainda precisam ser refinados. Este trabalho apresenta um estudo sobre a estabilidade e a formação de nanopartículas (NPs) de Au e Ag em substratos de Si 3 N 4 submetidos à irradiação com elétrons energéticos (120, 160 e 200 keV). As amostras, preparadas por implantação iônica e deposição catódica, foram caracterizadas por meio das técnicas de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) e Microscopia Eletrônica de Transmissão. Os resultados mostram que a irradiação promove processos de nucleação, esferolização e crescimento de NPs de Au e apenas de esferolização e desbaste (sputtering) das NPs de Ag com dependência na energia do feixe de elétrons incidente. Os fenômenos observados são discutidos com base em efeitos de superfície e processos de sputtering induzidos pela irradiação eletrônica, bem como a influência das diferentes energias de irradiação em relação a seção de choque de deslocamento e na energia de ativação da difusão superficial dos elementos presentes nas amostras. Através de um modelo proposto para descrevera perda de material das NPs de Ag, foi estimada uma energia de deslocamento para este elemento: EAgd=3,25±0,28eV. Esta energia pode ser tratada como um parâmetro físico fundamental para NPs de Ag, pois, a partir de relações universais, outras quantidades físicas podem ser determinadas em função de Ed.

The formation and modification of nanostructures has been attracted remarkable academic and technological interest due to its possibilities of application and innovation. Therefore, techniques that allow to produce and manipulate these structures has great importance for the development of this area of study and possible applications. The electron beam irradiation provides a way to obtain, modify and manipulate these materials, but the use of this technique, as well the study and comprehension of the electron interactions with matter still needs to be refined. The present work is a study about the formation and stability of Au and Ag nanoparticles on samples of Si3 N4 submitted to energetic electron irradiation (120, 160 e 200 keV). The samples, prepared by ion implantation and sputtering, were characterized by Rutherford Backscatter Spectrometry (RBS) and Transmission Electronic Microscopy. The experimental results showed that the irradiation promotes processes of formation, spherolization and growth of Au nanoparticles (NPs) and processes of spherolization and sputtering of Ag NPs with dependence on the incident electron beam energy. The observed phenomena are discussed based on surface effects and sputtering processes induced by electron irradiation, as well as the influence of different irradiation energies on displacement cross sections and surface diffusion activation energy of the elements present in the samples. Through a proposed model to describe the Ag atoms loss from NPs, a displacement energy for this element was estimated: E Ag d = 3 , 25 ± 0 , 28 eV. This energy value can be treated as a fundamental physical parameter for Ag NPs, since, from universal relations, other physical quantities can be determined.