中文摘要：

快重离子在微纳物质中引起的辐照效应研究对载能离子与物质相互作用理论的完善及应用学科的发展都有重要的意义。本项目拟利用兰州重离子加速器提供的快重离子束辐照纳米金属多层膜，利用多种分析仪器，测量辐照后样品的微观结构、物理特性随辐照参数（如离子种类、能量、能量损失、辐照量等）的变化。通过系统分析辐照效应与离子辐照参数、多层膜结构之间的依赖关系，特别是电子能损、多层膜尺寸和界面对辐照效应的影响，从不同层次获取离子辐照引起界面原子扩散与相变的信息。同时，结合理论计算和计算机模拟，尝试建立快重离子辐照引起纳米金属多层膜界面处原子扩散与合金相形成的基本物理模型，探索多层膜系统中快重离子辐照效应的微观机理，为新型纳米功能材料设计和性能改良提供有用的科学依据。

结论摘要：

快重离子（能量高于0.1MeV/u，速度高于Bohr速度e2/h=2.19×108cm/s)穿过固体材料时，主要是通过与靶原子核外电子的非弹性碰撞 (激发和电离)而损失能量。早期，人们认为快重离子束辐照金属材料时，由于金属中传导电子的快速运动，会将沉积于电子系统中的能量快速散失，从电子系统向点阵原子的能量转移可以忽略。但是大量实验证明，在电导体中，沉积在电子上的能量可以转化为原子的位移能。应该指出的是虽然纯金属中强电子激发引起的效应的实验研究取得了相当大的进展，但是对于基本过程的了解却十分有限。所以需要寻找新的方法深入系统的研究一些最基本的问题。而在纳米金属多层膜样品中，通过对金属/金属界面两侧不同元素原子的相互扩散的过程的研究，可以较直接地研究快重离子沉积于靶电子系统的能量转化为原子的位移能的过程。本项目选择Fe/Cu纳米金属多层膜为研究对象1.Fe对电子能损敏感，而Cu对电子能损不敏感，所以可以利用Fe/Cu多层膜来研究快重离子辐照过程中，界面两侧元素的相互作用，在此基础上探索多层膜中快重离子辐照效应的微观机理；2.Cu在Fe中850摄氏度时的固溶度为1.88at.%，Fe在Cu中1096摄氏度时的固溶度为3.5at.%，在室温下二者互不相溶，所以可以获得具有较理想界面的多层膜样品；3.人们在Fe/Cu多层膜中观测到了层间藕合的振荡以及磁电阻效应，具有广阔的应用前景与研究价值。 实验采用中科院近代物理研究所的JZCL-S450C高真空多功能镀膜设备制备Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5多层膜。样品在300摄氏度退火两小时。在兰州重离子加速器国家实验室扇聚焦回旋加速器（HIRFL－SFC）的重离子辐照终端上完成了792MeV Ar离子的辐照实验。注量分别为1×1012、1×1013和3.4×1014 ions/cm2。然后利用X射线衍射谱、俄歇电子元素深度剖析谱、透射电子显微镜和慢正电子湮没多普勒展宽能谱对样品进行分析。主要研究了界面原子扩散现象及其与离子辐照参数之间的关系。结果显示辐照量为1×1012、1.0×1013ions/cm2时，相对于未辐照样品，多层膜界面锐化，层状结构更加明显化；当辐照量达到3.4×1014ions/cm2时，已观测不到多层膜的层状结构，说明发生界面混合。