Powszechnie stosowane w elektronice półprzewodniki w rodzaju krzemu czy arsenku galu są wrażliwe na promieniowanie. Promieniowanie cząsteczkowe może wybić atomy z półprzewodnika, miejscowo zmieniając jego właściwości. Urządzenia elektroniczne stosowane w środowiskach o wysokim promieniowaniu (pojazdy kosmiczne, reaktory jądrowe) muszą być szczególnie wytrzymałe. Wśród potencjalnych materiałów na odporniejsze urządzenia elektroniczne wymieniany jest tlenek galu (Ga2O3), półprzewodnik, który może przybierać pięć różnych form krystalicznych.

Teraz Andrey Kuznetsov z Uniwersytetu w Oslo (Norwegia)i jego współpracownicy odkryli, że gdy dwie formy krystaliczne tlenku galu, zwane fazami beta i gamma, występują obok siebie w tym samym materiale, takie połączenie może wytrzymać niezwykle wysokie dawki ciężkich jonów - wysokoenergetycznych, naładowanych cząstek, wyrzucanych przez gwiazdy (promieniowanie kosmiczne).

Tak odporną kombinację kryształów naukowcy uzyskali bombardując tlenek galu w fazie beta ciężkimi jonami niklu, galu, złota i neonu, co spowodowało częściowe przekształcenie w fazę gamma. W ten sposób udało się uzyskać stabilną mieszaninę form gamma i beta.

Następnie Kuznetsov i jego zespół setki razy zwiększyli liczbę jonów – promieniowanie osiągnęło wartości znacznie przekraczające poziom obserwowany w reaktorach jądrowych lub w kosmosie, ale nie nastąpiły żadne zmiany strukturalne. Mimo że poziom promieniowania był tak wysoki, że atomy badanej próbki mogłyby się przemieścić kilkaset razy.

Na razie nie wiadomo dokładnie, dlaczego tak się dzieje, ale zdaniem Kuznetsova jest to związane z wieloma różnymi miejscami, do których przemieszczony atom galu może przeskoczyć w sieci krystalicznej bez zakłócania jej ogólnej struktury.

Więcej w publikacji źródłowej: DOI: 10.48550/arXiv.2303.13114 (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/