Più sottile è il cristallo di silicio, meglio è. Infatti, i cristalli più sottili forniscono modi migliori per manipolare le traiettorie di ioni ad altissima energia negli acceleratori di particelle. Ulteriori applicazioni includono l'analisi dei materiali, drogaggio di semiconduttori e trasporto di fasci in grandi acceleratori di particelle. Tutto ciò si basa sulla nostra comprensione di come le particelle ad alta energia caricate positivamente si muovono attraverso i cristalli.

Questo processo, chiamato canalizzazione ionica, è il focus di un nuovo articolo di Mallikarjuna Motapothula e Mark Breese che lavorano presso l'Università Nazionale di Singapore. In un articolo pubblicato su EPJ SI , gli autori studiano come la periodicità del cristallo influenzi il movimento di ioni la cui energia appartiene a un intervallo da 1 a 2 MeV, poiché vengono trasmessi attraverso cristalli molto sottili dell'ordine di poche centinaia di nanometri, e come influisce sulla loro distribuzione angolare.

La canalizzazione nei cristalli si verifica quando l'energia trasversale degli ioni incidenti è inferiore all'energia potenziale massima associata a una fila di atomi oa un piano cristallino. Gli autori studiano le traiettorie degli ioni ad alta energia, che passano attraverso diversi anelli radiali di stringhe atomiche prima di uscire dal sottile cristallo. Ogni anello può mettere a fuoco, dirigere o disperdere gli ioni incanalati nella direzione trasversale.

La cosa interessante di questo lavoro è che si basa su un processo avanzato di fabbricazione di cristalli molto più sottili di quanto fosse possibile in precedenza, raggiungendo i 55 nanometri. Questo, a sua volta, permette di osservare strutture angolari molto più sensibili e fini nella distribuzione degli ioni trasmessi.

Grazie a materiali così avanzati, gli autori hanno scoperto che diversi fenomeni precedentemente osservati ma poco compresi relativi alla canalizzazione ionica possono ora essere spiegati. Questi fenomeni sono legati al fatto che gli ioni si avvicinano ai nuclei del cristallo entro un certo intervallo di distanze e sono dispersi attraverso un angolo sufficientemente ampio da consentire loro di interagire con diversi atomi adiacenti prima di uscire dal cristallo sottile con una distribuzione angolare distintiva.