慢速高电荷Arq+、Krq+和Xeq+离子轰击金属表面纳米结构形成的凝聚能模型研究

研究人员通过两阶段凝聚能模型，系统分析了高电荷态离子(Arq+/Krq+/Xeq+，q?1)轰击金/钛表面时，离子-靶材体系对纳米结构形貌的影响。研究发现中性化能量主导形成丘状结构，而沉积动能主导则产生凹坑，建立的纳米结构直径通用表达式为表面改性研究提供了新思路。

　　

这项创新性研究揭示了高电荷态离子与金属表面相互作用的精妙机制。当低速(≤0.4原子单位)的Ar^q+、Kr^q+或Xe^q+离子(q远大于1)轰击金/钛表面时，研究人员通过创新的两阶段模型解析了纳米结构形成的奥秘。第一阶段聚焦能量沉积过程：表面上方发生级联中性化(cascade neutralization)，下方则产生弹性碰撞。通过同时考虑表面极化和离子核电子云极化效应，精确计算出中性化能量与沉积动能。研究特别引入临界离子速度这一关键参数，发现当中性化能量占优时形成山丘状纳米结构(hillock)，而动能主导时则产生火山口状凹坑(crater)。第二阶段将表面形变与固体凝聚能(cohesive energy)变化相关联，不仅推导出纳米结构直径的普适公式，更深入阐释了不同离子-靶材组合对纳米结构尺寸的调控规律，为精准调控表面纳米图案提供了理论基石。