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Swift Heavy Ion Irradiated Boron Nitride With and Without Application of High Pressure

Klein, Robert Gerald

German Title: Schwerionen-bestrahltes Bornitrid mit und ohne Hinzunahme hohen Druckes

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Abstract

In seiner kubischen Form ist Bornitrid (BN) nach Diamant das zweithärteste bekannte Material. Die Struktur des hexagonalen BNs ist der des Graphits sehr ähnlich. Doch im Gegensatz zu dessen Kohlenstoff-Allotropen muss BN künstlich erzeugt werden, da natürliche Vorkommen nicht existieren. Erste Hinweise auf die Erzeugung von Diamant in mit Schwerionen bestrahltem Graphit gaben Anlass zu Experimenten an hexagonalem (hBN), mit dem Ziel, kubisches BN zu erzeugen. Zusätzlich angewandter Druck sollte diesen Prozess katalytisch begünstigen. Jedoch konnte eine solche Umwandlung nicht nachgewiesen werden. Dennoch verursacht die von Schwerionen an das Kristallgitter abgegebene Energie sichtbare Änderungen, wie eine stark orientierungsabhängige Verfärbung im hBN, die mit unterschiedlich ausgeprägten Gitterführungseffekten erklärt werden kann. Sowohl orientierungs- als auch druckabhängig entwickeln sich Intensitäten charakteristischer Ramanbanden mit zunehmender Fluenz. Des Weiteren konnte mittels Raman-Spektroskopie und Synchrotron-Röntgenbeugung in situ gezeigt werden, dass Ionenbeschuss den Phasenübergang von hBN zum wurtzitischen BN (wBN) in dem Sinne erleichtert, dass dieser im Gegensatz zu unbestrahltem hBN bei Druckerhöhung vollständiger abläuft.

Translation of abstract (English)

Cubic boron nitride (cBN) is the second hardest material after diamond. The hexagonal form (hBN) resembles graphite. However, due to speculations, derived from the generation of diamond in trajectories of energetic ions in graphite, irradiation experiments were initialized, aiming a hBN to cBN transition. Simultaneous pressurization were suggested to trigger such transitions. Nevertheless, this goal could not be reached, but several other, irradiation and pressureinduced effects have emerged. A strongly orientation dependent colourization is explained by ion channeling, which is believed to be also responsible for alterations in the Raman spectra of hBN crystals, irradiated under different orientations under simultaneous high pressure conditions. Furthermore, the pressure phase transition from hBN to wurtzitic BN is effected by ion irradiation, observed in-situ by XRD as well as Raman spectroscopy.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Neumann, Prof. Dr. Reinhard
Date of thesis defense: 13. January 2010
Date Deposited: 29. Jan 2010 12:20
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Hochdruck, Hochdruckphysik, Ionisierende Strahlung, Radioaktive Strahlung, Bornitrid, CBN
Uncontrolled Keywords: hexagonales Bornitrid , wurtzitisches Bornitrid , Diamantstempelzelle , DAChexagonal boron nitride , wurtzitic boron nitride , diamond anvil cell , DAC
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