Etude des dommages créés dans le tantale (Ta) et les composés TaC et Ta2O5 par l’approximation des collisions binaires (BCA)

Abstract

الملخص(بالعربية):

دراسة العيوب المتكونة في التنتالوم (Ta) و المركبات TaC و Ta2O5 بتقريب التصادمات الثنائية (BCA)

الملخص استخدمنا البرنامج "مارلو" المعتمد على نموذج تقريب التصادمات الثنائية لمحاكاة شلالات الإنتقالات الذرية في التنتالوم، أحادي كربون التنتالوم، وخامسي أكسيد التنتالوم. قمنا بدراسة إنتاج العيوب النقطية وتوزيعها الفضائي، حجم المنطقة المتضررة و تكوين مجموعات الشواغر. راكمنا الإحصائيات من 5000شلال ابتدأ كل واحد منها بذرة تمهيدية تصل طاقتها الحركية إلى 30كيلوالكترون فولط. إستعملنا كمونات "زغلر-بيرزاك-لتمارك"، "موليير"، "بورن-ماير" و الكمون المتوسط المعدل لــ "لنز-جنسن" لنمذجة التأثير المتبادل بين الذرات المتصادمة. استخدامنا نظرية "ليندهارد-شارف-شيوت" لحساب خسائر الطاقة غير المرنة كما استعملنا تحليل المكونات الرئيسية لتقييم حجم المنطقة المتضررة. تظهر النتائج أن أقل من 16٪ من العيوب الناتج إنشاؤها تشكل أزواج "فرنكل" دائمة في التنتالوم. في كربيد التنتالوم، عدد أزواج "فرنكل" التنتالوم الدائمة هي ضعف عدد مثيلاتها من الكربون. في خامسي أكسيد التنتالوم ، يكون عدد أزواج الأكسجين أعلى بثلاث مرات من التنتالوم. توزيع حجوم الشلالات يدل بوضوح على أنها تختلف عن توزيع "غوس". فهي غير متناظرة و تمتد أذيالها نحو الحجوم الكبيرة كما أنها عريضة و تظهر تشتت كبير. مجموعات اشواغر التي تم إيجادها ضمن مجالات الطاقة المستعملة هي صغيرة. و نسبة عالية من الشواغر تشكل عيوبا مفردة.

Résumé Français :

Etude des dommages créés dans le tantale (Ta) et les composés TaC et Ta2O5 par l’approximation des collisions binaires (BCA)

Résumé Nous avons utilisé le code Marlowe basé sur l'approximation des collisions binaires pour simuler des cascades de déplacements dans le tantale, le carbure de tantale et le pentoxyde de tantale. Nous avons étudié la production de défauts, leur configuration spatiale et la formation des amas de lacunes. Des statistiques de 5000 cascades ont été accumulées. Les cascades ont été initiées par des primaires d’énergie cinétique allant jusqu'à 30 keV. Les collisions élastiques entre les atomes ont été modélisées par le potentiel de Ziegler-Biersack-Littmark, le potentiel de Molière, le potentiel de Born-Mayer et le potentiel moyen modifié de Lenz-Jensen. La théorie de Lindhard-Scharff-Schiott a été utilisée pour tenir compte des pertes d'énergie inélastiques. L'analyse en composantes principales a été utilisée pour évaluer le volume de la zone endommagée. Les résultats obtenus montrent qu'avec un rayon de recombinaison approprié, moins de 16 % de défauts générés constituent des paires de Frenkel stables dans le tantale. Dans le carbure de tantale, le nombre de paires de Frenkel du tantale est environ le double de celui du carbone. Dans le pentoxyde de tantale, le nombre de paires de Frenkel d'oxygène est presque 3 fois plus élevé que celui du tantale. Les distributions de volumes des cascades s'écartent clairement d'une distribution gaussienne. Elles sont larges, asymétriques avec des queues étirées vers les volumes élevés. Seuls de petits amas lacunaires sont observés, dans les trois matériaux, dans la plage énergétique exploitée. Une partie substantielle de lacunes sont des défauts ponctuels isolés.

Résumé Anglais :

Study of damage production in tantalum (Ta) and the compounds TaC and Ta2O5 by the binary collision approximation (BCA) model

Abstract We used the binary collision approximation with the Marlowe code to simulate displacement cascades in tantalum, tantalum monocarbide, and tantalum pentoxide. We investigated the damage production, the spatial configuration of the resulting defects, and the vacancy clustering. Statistics over 5000 cascades were accumulated and primaries with kinetic energies up to 30 keV were launched from lattice sites. Elastic collisions between atoms were modelled by the universal Ziegler-Biersack-Littmark, Molière, Born-Mayer, and average modified Lenz-Jensen potentials. The Lindhard-Scharff-Schiott theory was used to account for the inelastic energy losses. Principal components analysis was utilized to evaluate the volume of the damaged zone. The obtained results show that with an appropriate recombination radius, less than 16 % of the created defects constitute permanent Frenkel pairs in tantalum. In tantalum carbide, the number of surviving tantalum Frenkel pairs is about twice the carbon one. In tantalum pentoxide, the number of oxygen Frenkel pairs is nearly 3 times higher than the tantalum one. The cascade volume distributions deviate clearly from a Gaussian distribution. They are large and stretched toward higher volumes for all used potentials. They display high variability. Only small vacancy clusters are observed in the three materials within the investigated range of the primary energies. A substantial part of the vacancies are produced as single defects.