Reflection of Light Ions from a Solid Surface: Analytical Model and Computer Simulation

V. P. Afanas’ev; Афанасьев В. П.; L. G. Lobanova; Лобанова Л. Г.; V. I. Shulga; Шульга В. И.

doi:10.31857/S102809602301003X

Reflection of Light Ions from a Solid Surface: Analytical Model and Computer Simulation

Authors: Afanas’ev V.P.¹, Lobanova L.G.¹, Shulga V.I.²
Affiliations:
1. National Research University “MPEI”
2. Moscow State University, Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
Issue: No 1 (2023)
Pages: 86-91
Section: Articles
URL: https://rjpbr.com/1028-0960/article/view/664630
DOI: https://doi.org/10.31857/S102809602301003X
EDN: https://elibrary.ru/BKNAPH
ID: 664630

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

An analytical solution of the equation for the distribution of the flux density of reflected light ions over the path length and energy losses in the target is obtained. It is based on the solution of boundary problems for the transport equation using the invariant imbedding method in the small-angle approximation. In the case of proton reflection from copper and tungsten targets, the analytical results are compared with computer simulation data obtained using the OKSANA program, as well as with experimental data. The possibility of verifying the stopping power of the target material based on the created methodology is noted.

Keywords

reflection of light ions, analytical model, invariant imbedding method, small-angle approximation, computer simulation, stopping power.

References

Машкова Е.С., Молчанов В.А. Рассеяние ионов средних энергий поверхностями твердых тел. М.: Атомиздат, 1980. 256 с.
Курнаев В.А., Машкова Е.С., Молчанов В.А. Отражение легких ионов от поверхности твердого тела. М.: Энергоатомиздат, 1985. 192 с.
Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium Energy Ion Reflection from Solids. Amsterdam: North-Holland, 1985. 444 p.
Рязанов М.И., Тилинин И.С. Исследование поверхности по обратному рассеянию частиц. М.: Энергоатомиздат, 1985. 150 с.
Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids. N.Y.: Pergamon, 1985. 321 p.
Экштайн В. Компьютерное моделирование взаимодействия частиц с поверхностью твердого тела. М.: Мир, 1995. 319 с.
Булгадарян Д.Г. Рассеяние протонов кэвных энергий как инструмент анализа тонких слоев на поверхности материалов: Дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.08. Москва: МИФИ, 2020. 116 с.
Tougaard S., Kraaer J. // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. № 2. P. 1651. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.43.1651
Afanas’ev V.P., Lubenchenko A.V., Gubkin M.K. // Eur. Phys. J. B. 2004. V. 37. № 1. P. 117. https://doi.org/10.1140/epjb/e2004-0036-x
Werner W.S.M. // Surf. Sci. 2005. V. 588. № 1–3. P. 26. https://doi.org./10.1016/j.susc.2005.05.023
Werner W.S.M. // Surf. Sci. 2007. V. 601. № 10. P. 2125. https://doi.org/10.1016/j.susc.2007.03.001
Oswald R., Kasper E., Gaukler K.H. // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 1993. V. 61. № 3–4. P. 251. https://doi.org/10.1016/0368-2048(93)80019-i
Salvat-Pujol F., Werner W.S.M. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. № 19. P. 195416. https://doi.org./10.1103/PhysRevB. 83.195416
Bronshtein I.M., Pronin V.P. // Sov. Phys. Solid State. 1975. V. 17. № 8. P. 2502.
Pronin V.P. Elastic and Inelastic Interaction of Medium Energy Electrons with Surface of Solids. Thesis for the Degree of Doctor of Science. Saint-Petersburg: Herzen State Pedagogical University, 2014.
Powell C.J., Jablonski A. // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2010. V. 178–179. № 3–4. P. 331. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2009.05.004
Афанасьев В.П. // Элементарные процессы и кинетика высокотемпературной неравновесной плазмы. М.: Изд-во МЭИ, 1988. С. 82.
Afanas’ev V.P., Naujoks D. // Phys. Stat. Sol. 1991. V. 164. № 1. P. 133. https://doi.org/10.1002/pssb.2221640113
Afanas’ev V.P., Efremenko D.S., Kaplya P.S. // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2016. V. 210. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2016.04.006
Salvat-Pujol F., Jablonski A., Powell C.J. // Comput. Phys. Commun. 2005. V. 165. № 2. P. 157. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2004.09.006
Werner W.S.M. // Surf. Interface Anal. 2005. V. 37. № 11. P. 846. https://doi.org/10.1002/sia.2103
Afanas’ev V.P., Kaplya P.S. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2015. V. 9. № 4. P. 715. https://doi.org/10.1134/s1027451015020238
Afanas’ev V.P., Naujoks D. // Z. Phys. B. 1991. V. 84. № 3. P. 397. https://doi.org./10.1007/bf01314014
Zemek J., Jiricek P., Werner W.S.M., Lesiak B., Jablonski A. // Surf. Interface Anal. 2006. V. 38. № 4. P. 615. https://doi.org./10.1002/sia.2147
Jablonski A., Hansen H.S., Jansson C., Tougaard S. // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. № 7. P. 3694.https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.3694
Tougaard S., Chorkendorff I. // Phys. Rev. B. 1987. V. 35. № 13. P. 6570. https://doi.org/10.1103/physrevb.35.6570
Dashen R.F. // Phys. Rev. B. 1964. V. 134. № 4A. P. A1025. https://doi.org/10.1103/PhysRev.134.A1025
Ambartsumian V.A. // J. Phys. 1941. V. 5. № 1. P. 93.
Ambartsumian V.A. // Izv. AN SSSR. 1942. V. 3. P. 97.
Ambartsumian V.A. // J. Phys. 1944. V. 8. № 2. P. 65.
Sobolev V.V. Light Scattering in Planetary Atmospheres. N.Y.: Pergamon Press, 1975. 256 p.
Thomson J.J. // Phil. Mag. 1912. V. 23. № 136. P. 449.
Bethe H. // Z. Phys. B. 1930. V. 397. № 3. P. 325. https://doi.org/10.1002/andp.19303970303
Shulga V.I., Schinner A., Sigmund P. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2020. V. 467. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2020.01.029
Robinson M.T., Torrens I.M. // Phys. Rev. B. 1974. V. 9. № 12. P. 5008. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.9.5008
Morita K., Akimune H., Suita T. // Jpn. J. Appl. Phys. 1968. V. 7. № 8. P. 916. https://doi.org/10.1143/JJAP.7.916
Булгадарян Д.Г., Синельников Д.Н., Ефимов Н.Е., Курнаев В.А. // Изв. РАН. Сер. Физ. 2020. Т. 84. № 6. С. 903. https://doi.org./10.31857/S036767652006006X
Firsov O.B. // JETP. 1959. V. 9. № 5. P. 1076.