Abstract

Crystals of synthetic monazite-(Ce), and foils of the same material 1 μm thick, were irradiated with 1, 3.5, and 7 MeV Au ions, with total fluences in the range 0.6–51 × 1013 ions/cm2. The triple irradiation resulted in surficial structural damage extending up to ~1.5 μm into the samples. The irradiation damage generated was studied using Raman microspectroscopy. At low doses of irradiation, internal stretching bands of the PO4 groups show significant broadening (reflecting a decrease in short-range order and increase in strain in the remnant crystalline volume-fraction of the radiation-damaged solid), which is accompanied by notable losses in intensity and shifts of bands toward lower wavenumbers. At the highest dose of irradiation, the material has become amorphous, and the “crystalline” PO4 Raman modes disappeared. These observations, however, were only made in the case of the thin lamella prepared using a focused ion-beam system. The Raman spectra of the analogously irradiated, unprepared crystals are dominated by bands of apparently undamaged, crystalline CePO4. We assign the latter to the host crystal underneath the surficial, damaged region, which contributes strongly to the spectrum obtained because of the insufficient depth-resolution of the confocal spectrometer. Limits in confocality, and the related potential misinterpretation of spectroscopic results, must be considered.

Abstract

Nous avons irradié des cristaux de monazite-(Ce) synthétique, et des feuilles ultraminces (1 μm d’épaisseur) préparées à partir du même matériau, avec des ions de Au dans un faisceau de 1, 3.5, et 7 MeV, avec des fluences totales dans l’intervalle 0.6–51 × 1013 ions/cm2. La triple irradiation a endommagé la surface des échantillons structuralement, jusqu’à une profondeur d’environ ~1.5 μm. Nous avons étudié le dommage ainsi généré au moyen de la microspectroscopie de Raman. A faibles taux d’irradiation, les modes d’étirement internes des groupes PO4 causent un élargissement important des bandes (témoignant d’une diminution du degré d’ordre à courte échelle et une augmentation des déformations dans la fraction du volume du solide ayant encore une cristallinité) qui est accompagné par des pertes importantes en intensité et un déplacement des bandes vers les nombres d’onde plus faibles. Aux taux d’irradiation les plus intenses, le matériau passe à l’état amorphe, et les modes Raman “cristallins” de PO4 ont disparus. Ces observations n’ont été faites que sur les feuilles ultraminces traitées avec un faisceau d’ions focalisé, toutefois. Les spectres Raman des cristaux non préparés ayant subi une irradiation analogue montrent une prédominance des bandes attribuables au CePO4 sain, non endommagé. Ces bandes proviendraient du cristal hôte en dessous de la région de surface endommagée, qui contribue largement au spectre obtenu à cause de la résolution nettement insuffisante de la profondeur par le spectromètre confocal. On doit prendre en considération les limitations en matière de confocalisation et les fausses interprétations des résultats spectroscopiques qui pourraient en résulter.

(Traduit par la Rédaction)

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