Features of cluster ion treatment of the surface of KGd(WO4)2:Nd single crystal

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The features of the surface treatment of single crystals of potassium gadolinium tungstate doped with neodymium ions with low- and high-energy cluster argon ions are considered. Two radically different treatment modes were used: low-energy for more efficient surface smoothing and high-energy for more efficient target etching. Using atomic force microscopy, the topography of the target surface was analyzed before and after cluster ion treatment. Treatment in a low-energy mode was shown to smooth out irregularities on the target surface formed by chemical-mechanical polishing at an etching depth of less than 100 nm. The root-mean-square roughness and maximum height difference of the initial and treated surfaces of potassium gadolinium tungstate doped with neodymium ions were compared. Survey X-ray photoelectron spectra of the initial surface of a KGd(WO4)2:Nd single crystal and after the cluster ion treatment in different modes are presented. The intensities of the potassium and gadolinium peaks were shown to decrease after cluster ion treatment in both modes. A significant decrease in the concentration of potassium atoms in the subsurface layer of the target is explained by the predominant sputtering of potassium as a lighter chemical element. The mutual decrease in the concentrations of gadolinium and potassium atoms can be explained by the weak bonds of these atoms in the lattice of the KGd(WO4)2:Nd single crystal.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. V. Nikolaev

Novosibirsk State University

Author for correspondence.
Email: i.nikolaev@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Novosibirsk

N. G. Korobeishchikov

Novosibirsk State University

Email: korobei@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Novosibirsk

References

  1. Yamada I. Materials Processing by Cluster ion Beams: History, Technology, and Applications. Boca Raton, Florida: CRC Press. 2016.
  2. Popok V.N., Barke I., Campbell E.E.B., Meiwes-Bro- er K.-H. // Surf. Sci. Rep. 2011. V. 66. P. 347. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2011.05.002
  3. Иешкин A.E., Толстогузов А.Б., Коробейщиков Н.Г., Пеленович В.О., Черныш В.С. // Успехи физических наук. 2022. Т. 192. C. 722. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.06.038994 (Ieshkin A.E., Tolstoguzov A.B., Korobeishchikov N.G., Pelenovich V.O., Chernysh V.S. // Phys–Usp. 2022. V. 65. No. 7. P. 677. https://doi.org/10.3367/UFNe.2021.06.038994)
  4. Lee J.L.S., Ninomiya S., Matsuo J., Gilmore I.S., Seah M.P., Shard A.G. // Anal. Chem. 2010. V. 82. P. 98. https://doi.org/10.1021/ac901045q
  5. Delcorte A., Garrison B.J., Hamraoui K. // Surf. Interface Anal. 2011. V. 43. P. 16. https://doi.org/10.1002/sia.3405
  6. Yancey D.F., Reinhardt C. // J. Electron Spectrosc. 2019. V. 231. P. 104. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2018.01.005
  7. Insepov Z., Yamada I., Sosnowski M. // Mater. Chem. Phys. 1998. V. 54. P. 234. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(98)00032-7
  8. Teo E.J., Toyoda N., Yang C., Bettiol A.A., Teng J.H. // Appl. Phys. A. 2014. V. 117. P. 719. https://doi.org/10.1007/s00339-014-8728-1
  9. Коробейщиков Н.Г., Николаев И.В., Роенко М.А. // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45. № 6. С. 30. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.06.47496.17646 (Korobeishchikov N.G., Nikolaev I.V., Roenko M.A. // Tech. Phys. Lett. 2019. V. 45. No.3. P. 274. https://doi.org/10.1134/S1063785019030295)
  10. Toyoda N., Tilakaratne B., Saleem I., Chu W.K. // Appl. Phys. Rev. 2019. V. 6. P. 020901. https://doi.org/10.1063/1.5030500
  11. Zeng X., Pelenovich V., Xing B., Rakhimov R., Zuo W., Tolstogouzov A., Liu C., Fu D., Xiao X. // Beilstein J. Nanotechnol. 2020. V. 11. P. 383. https://doi.org/10.3762/bjnano.11.29
  12. Kireev D.S., Ieshkin A.E., Shemukhin A.A. // Tech. Phys. Lett. 2020. V. 46. P. 409. https://doi.org/10.1134/S1063785020050065
  13. Kirkpatrick A., Kirkpatrick S., Walsh M., Chau S., Mack M., Harrison S., Svrluga R., Khoury J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2013. V. 307. P. 281. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.11.084
  14. Ieshkin A.E., Kireev D.S., Ermakov Yu.A., Trifonov A.S., Presnov D.E., Garshev A.V., Anufriev Yu.V., Prokhoro-va I.G., Krupenin V.A., Chernysh V.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2018. V. 421. P. 27. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.02.019
  15. Cano-Torres J.M., Serrano M.D., Zaldo C., Rico M., Mateos X., Liu J., Griebner U., Petrov V., Valle F.J., Galán M., Viera G. // J. Opt. Soc. Am. 2006. V. 23. P. 2494. https://doi.org/10.1364/JOSAB.23.002494
  16. Brenier A. // J. Quant. Elect. 2011. V. 47. P. 279. https://doi.org/10.1088/1612-2011/11/11/115819
  17. Zhang W., Zhang R., Yang S., Wang R., Na L., Hua R. // Mater. Res. Bull. 2020. V. 122. Р. 110689. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110689
  18. Chandra Talukder R., Zubaer Eibna Halim Md., Waritanant T., Major A. // Opt. Let. 2016. V. 41. P. 3810. https://doi.org/10.1364/OL.41.003810
  19. Loiko P.A., Yumashev K.V., Kuleshov N.V., Savitski V.G., Calvez S., Burns D., Pavlyuk A.A. // Opt. Express. 2009. V. 17. P. 23536. https://doi.org/10.1364/OE.17.023536
  20. Atanasov P.A., Okato T., Tomov R.I., Obara M. // Thin Solid Films. 2004. V. 453–454. P. 150. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.11.089
  21. Atuchin V.V., Kesler V.G., Maklakova N.Yu., Pokrovs- ky L.D., Sheglov D.V. // Eur. Phys. J. B. 2006. V. 51. P. 293. https://doi.org/10.1140/epjb/e2006-00208-8
  22. Shen J., Liu S., Yi K., He H., Shao J., Fan Z. // Optik. 2005. V. 116. P. 288. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2005.02.002
  23. Lee J., Kim J.C., Kim J., Singh R.K., Arjunan A.C., Lee H. // Thin Solid Films. 2018. V. 660. P. 516. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.07.002
  24. Korobeishchikov N.G., Zarvin A.E., Madirbaev V.Z., Sharafutdinov R.G. // Plasma Chem. Plasma Proc. 2005. V. 25. P. 319. https://doi.org/10.1007/s11090-004-3132-9
  25. Korobeishchikov N.G., Nikolaev I.V., Roenko M.A., Atuchin V.V. // Appl. Phys. A. 2018. V. 124. P. 833. https://doi.org/10.1007/s00339-018-2256-3
  26. Korobeishchikov N.G., Nikolaev I.V., Roenko M.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1115. Р. 032016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032016
  27. Korobeishchikov N.G., Nikolaev I.V., Atuchin V.V., Prosvirin I.P., Tolstogouzov A., Pelenovich V., Fu D.J. // Surf. Interfaces. 2021. V. 27. Р. 101520. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101520
  28. Seah M.P. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 12622. https://doi.org/10.1021/jp402684c
  29. Cumpson P.J., Portoles J.F., Barlow A.J., Sano N. // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. Р. 124313. http://doi.org/10.1063/1.4823815
  30. Korobeishchikov N.G., Nikolaev I.V., Atuchin V.V., Prosvirin I.P., Kapishnikov A.V., Tolstogouzov A., Fu D.J. // Mater. Res. Bull. 2023. V. 158. Р. 112082. http://doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.112082
  31. Korobeishchikov N.G., Stishenko P.V., Nikolaev I.V., Yakovlev V.V. // Plasma Chem. Plasma Proc. 2022. V. 42. P. 1223. http://doi.org/10.1007/s11090-022-10286-8
  32. Greczynski G., Hultman L. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 542. P. 148599. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148599
  33. Macalik L., Kaczmarek S.M., Leniec G., Hanuza J., Pietraszko A., Bodziony T., Skibiński T. // Sci. Jet. 2015. V. 4. Р. 122.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. AFM images of the 10 × 10 µm surface of a KGW single crystal:Nd: a – initial; b – after treatment with low–energy cluster argon ions; c - after treatment with high-energy cluster argon ions.

Download (712KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Overview X-ray photoelectron spectra of the initial surfaces KGW and KGW:Nd and KGW treated surfaces:Nd in various modes.

Download (213KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».