Ion guiding phenomena in insulator nano- and microcapillaries  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
83886
Type K
Principal investigator Sulik, Béla
Title in Hungarian Ionterelődési jelenségek szigetelő nano- és mikrokapillárisokban
Title in English Ion guiding phenomena in insulator nano- and microcapillaries
Keywords in Hungarian Ion-felület kölcsönhatások, ion-szigetelő kölcsönhatások, ionterelés, nanokapillárisok, egyszerű önszervező folyamatok, ionok fókuszálása
Keywords in English Ion-surface interactions, ion-insulator interactions, ion guiding, nanocapillaries, simple self-organizing processes, ion beam focusing
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Surface physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Experimental molecular physics research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants Bereczky, Réka
Biri, Sándor
Herczku, Péter
Juhász, Zoltán
Kovács, Sándor
Kövér, Ákos
Rácz, Richárd Péter
Rajta, István
Szilasi, Szabolcs Zoltán
Tőkési, Károly
Starting date 2011-04-01
Closing date 2016-06-30
Funding (in million HUF) 16.539
FTE (full time equivalent) 12.31
state closed project
Summary in Hungarian
Projektünkben a nemrég felfedezett un. ionterelési jelenséget kívánjuk vizsgálni. Ezt szigetelő fóliákban kialakított, mikroszkópikus méretű, párhuzamos kapillárisokból álló mintákon észlelték. Néhány keV-es energiájú ionok a mozgási irányukhoz képest erősen elfordított kapillárisokon is át tudnak haladni, eltérülve, de energiájuk és töltésállapotuk megváltozása nélkül. Az effektust elektromos terek hozzák létre, melyeket a kapilláris szigetelő falán lerakódó töltések alakítanak ki. Mindmáig csak néhány szigetelőanyagot vizsgáltak meg, néhány ionra, korlátozott energia-tartományban. Mindegyik mérés mutatja a jelenséget, de a részleteket ezek alapján még nem értjük, az elméleti leírások, modellek még a kifejlődés stádiumban vannak. Un. „forró” témáról van szó. Főként ennek az önszerveződő folyamatnak a megértése a cél, de a lehetséges alkalmazások érdekesek. Mi egy szisztematikus méréssorozatot tervezünk különböző anyagú és geometriájú kapilláris mintákon, igen széles ionenergia tartományban. A minták egy részét külső együttműködőink készítik majd, néhányat vásárolunk. Jelentős részüket mi készítjük majd proton mikro-nyalábokkal. Célunk a feltöltődési folyamatnak és az egyensúlyi állapotnak minél részletesebb vizsgálata, a fontos mechanizmusok megértése. Mind a kísérletekre, mind az elméletre nagy súlyt helyezünk. Célunk az is, hogy még a projekt keretében elkészítsük és vizsgáljuk az első kisméretű ionnyaláb fókuszáló elemeket, mely az effektus első alkalmazását jelentheti. Lényeges szerepet szánunk a nemzetközi együttműködéseknek. Olyan lehetőségek vizsgálatát is tervezzük, mint a tükörtöltés hatásán alapuló töltésállapot szeparáció, vagy az ion-szigetelő kölcsönhatások vizsgálata kapilláris minták segítségével.
Summary
The aim of the present proposal is to study the recently discovered ion-guiding effect, which has been observed in arrays of microcapillaries formed in insulator foils. Few keV energy ions can pass even strongly tilted capillaries without loss of energy or charge state. The effect is governed by the electric fields created at the capillary walls by charging up. Up till now, only a few experimental studies have been performed, all of them clearly showing the effect, but leaving the details of the phenomenon undiscovered. The first theoretical interpretations are also in a developing stage. The topic is considered as "hot", partly because the lack of full understanding, partly because of the potential applications. In the present proposal, we plan to perform a systematic study on a set of capillary samples in a wide range of ion energies. Part of the samples will be provided by external collaborators, part of them we will buy, and a part of them will be manufactured in ATOMKI, in our team by proton micromachining. We are going to study the dynamics and the equilibrium properties of the effect in details. Our main aim is to understand the basic mechanisms, which are responsible for the phenomenon. We focus on both experiments and the theoretical understanding.One of our aims is to realize and test the first microscopic ion-focusing element as a trivial near-future application of the guiding effect. International collaboration plays important role in the course of the project. We also plan to work on completely new aspects like new ion-selection principles based on the mirror charge effect, and new methods for studying ion-insulator interactions in fine details by the help of capillary samples.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt fő célkitűzése az volt, hogy hozzájáruljon egy szigetelő kapillárisokban tapasztalható önszervező folyamat, az ún. ionterelődés mélyebb megértéséhez. A kutatás a kapilláris-kötegek ionterelésének vizsgálatában két területen is jelentős eredményeket hozott. Egyik a blokkolódási jelenségek felfedezése, feltérképezése és megértése. Ez a folyamat igen fontos a potenciális alkalmazások szempontjából. A másik terület a kapillárisok belsejében a folyamatot szabályzó nemlineáris vezetési mechanizmus részletes kísérleti vizsgálata, azonosítása, és elméleti értelmezése volt. Ezen túl más, szisztematikus vizsgálatok is történtek, melyek közül kiemelkedő eredménynek tekinthető egy eddig nem tapasztalt, kaotikus szakaszokat is tartalmazó feltöltődési mód észlelése és ismertetése is. Az intenzív kísérleti, és az értelmezési munka részben nemzetközi együttműködések keretében zajlott. A projekt során az Atomki ECR ionforrásánál üzemelő, fő kísérleti kamrán jelentős fejlesztések történtek. Ezek eredményeként a berendezés-együttes ma a tárgykörben végzendő szinte minden szóbajöhető mérésre alkalmas.
Results in English
The aim of the project was to understand the ion guiding effect in insulator capillaries in a deep level, for clarifying this self-organizing phenomenon. The research work lead to significant results in two areas relevant for ion guiding. One of them is the discovery, the analysis and the understanding of the blocking effects, which are very important for future applications. The other area was to clarify the nonlinear conductivity mechanism, which governs the guiding scenario inside the capillaries, by measuring, identifying and interpreting the underlying processes. Moreover, other systematic studies were also performed. For glass capillary samples, a remarkable, complex charging-up process whith chaotic periods, has been observed. Part of the research work has been performed in international collaborations. Within the framework of the project, the dedicated experimental chamber has been significantly developed, so today it is suitable to perform most of the experiments, which are relevant in the field.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83886
Decision
Yes





 

List of publications

  
N. Stolterfoht, P. Herczku, Z. Juhász, S.T.S. Kovács, R. Rácz, S. Biri, B. Sulik: Long-term stable transmission of 3-keV Ne 7+ ions guided through nanocapillaries in polymers, Nuclear Instruments and Methods B 387, 2016, Pages 96–102, 2016
Gál G. A. B., Rajta I., Szilasi S. Z., Juhász Z., Biri S., Cserháti Cs., Csik A., Sulik B.: Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 269 (2011) 232-235, 2011
Stolterfoht N., Hellhammer R., Sulik B., Juhász Z., Bayer V., Trautmann C., Bodewits E., Hoekstra R.: Evidence of blocking effects on 3-keV Ne7+ ions guided through nanocapillaries in polycarbonate, Physical Review A 83 (2011) 012901-10, 2011
Juhász Z., Kovács S. T. S., Herczku P., Rácz R., Biri S., Rajta I., Gál G. A. B., Szilasi S. Z., Pálinkás J., Sulik B.: Ion-guiding and blocking of ion transmission in dense polycarbonate nanocapillary arrays at 3 keV Ar7+ impact, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 279 (2012)177-181, 2012
Tôkési K., Rajta I., Bereczky R. J., Vad K.: Investigation of MeV proton microbeam transmission between two flat plates - The cases of homogeneous metallic and insulator plates, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 279 (2012) 173-176 (a köszönetnyilvánításban téves OTKA szám), 2012
Stolterfoht N., Bodewits E., Hellhammer R., Juhász Z., Sulik B., Bayer V., Trautmann C., Hoekstra R.: Dynamics of ion guiding through nanocapillaries in insulating polymers, Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 012049, 2012
Juhász Z., Sulik B., Biri S., Tôkési K., Bereczky R. J., Rácz R., Kövér Á., Pálinkás J., Stolterfoht N.: Ion guiding and formation of neutrals in PET polymer nanocapillaries, Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 132007, 2012
Herczku P., Juhász Z., Kovács S. T. S., Biri S., Rácz P. R., Sulik B.: Guiding of 3 keV Ar7+ ions by polycarbonate nanocapillaries and glass microcapillaries, Acta Physica Debrecina 46 (2012) 57-64, 2012
Juhász Z., Kovács S. T. S., Herczku P., Rácz R., Biri S., Rajta I., Gál G. A. B., Szilasi S. Z., Pálinkás J., Sulik B.: Ion-guiding and blocking of ion transmission in dense polycarbonate nanocapillary arrays at 3 keV Ar7+ impact, Nuclear Instruments and Methods B 279 (2012)177-181, 2012
Tôkési K., Rajta I., Bereczky R. J., Vad K.: Investigation of MeV proton microbeam transmission between two flat plates - The cases of homogeneous metallic and insulator plates, Nuclear Instruments and Methods B 279 (2012) 173-176 (a köszönetnyilvánításban téves OTKA szám: K73703), 2012
Stolterfoht N., Bodewits E., Hellhammer R., Juhász Z., Sulik B., Bayer V., Trautmann C., Hoekstra R.: Dynamics of ion guiding through nanocapillaries in insulating polymers, Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 012049, 2012
Juhász Z., Sulik B., Biri S., Tôkési K., Bereczky R. J., Rácz R., Kövér Á., Pálinkás J., Stolterfoht N.: Ion guiding and formation of neutrals in PET polymer nanocapillaries, Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 132007, 2012
Herczku P., Juhász Z., Kovács S. T. S., Biri S., Rácz P. R., Sulik B.: Guiding of 3 keV Ar7+ ions by polycarbonate nanocapillaries and glass microcapillaries, Acta Physica Debrecina 46 (2012) 57-64, 2012
P. Herczku, Z. Juhász, N. Stolterfoht, S.T.S. Kovács, R. Rácz, S. Biri and B. Sulik: SURFACE CONDUCTIVITY AND CHARGE MIGRATION ON THE INNER CAPILLARY WALL, ACTA PHYSICA DEBRECINA XLVII (2013) pp 67-75, 2013
Stolterfoht N, Hellhammer R, Sulik B, Juhász Z, Bayer V, Trautmann C, Bodewits E, Reitsma G, Hoekstra R .: Areal density effects on the blocking of 3-keV Ne7+ ions guided through nanocapillaries in polymers, PHYSICAL REVIEW A 88:(3) p. 032902. (2013), 2013
P Herczku, Z Juhász, S T S Kovács, R Rácz, S Biri and B Sulik: Guiding of Ar7+ ions through a glass microcapillary array, J. Phys.: Conf. Ser. 488 (2014) 132011, 2014
N Stolterfoht, R Hellhammer, B Sulik, Z Juhász, V Bayer, C Trautmann, E Bodewits, G Reitsma and R Hoekstra: Density effects on the blocking of ions guided through insulating PET capillaries, J. Phys.: Conf. Ser. 488 (2014) 132010, 2014
P. Herczku, Z. Juhász, S.T.S. Kovács, R. Rácz, S. Biri, J Pálinkás and B. Sulik: Dynamics of guiding of Ne7+ and Ar7+ ions through nano- and microcapillary arrays, Abstract of a poster at ECAMP-2013 (European Conference of Atomic and Molecular Physics), Aarhus, Danmark, 24-28 June, 2013, 2013
Z. Juhász, P. Herczku, S.T.S. Kovács, R. Rácz, S. Biri, J Pálinkás and B. Sulik: Regularities and irregularities in the dynamics of guiding of ions through nano- and microcapillary arrays, Abstract of an invited talk at ISIAC-2013 (International Symposium for Ion-Atom Collisions), Beiging, China, July 19-22, 2013, Book of Abstracts, p 23., 2013
P. Herczku, Z. Juhász, S. T. S. Kovács, R. Rácz, S. Biri, J. Tóth, B. Sulik: Guiding of Ar 7+ ions through a glass microcapillary array, Nuclear Instruments and methods B 354 (2015) 71-74, 2015
P. Herczku, B. Sulik, Z. Juhász, S. T. S. Kovács, R. Rácz, S. Biri and N. Stolterfoht: GUIDED TRANSMISSION OF IONS THROUGH NANOCAPILLARIES: VARIATIONS IN DISCHARGING DYNAMICS, 6th Conference of Elementary Processes in Atomic Systems, Book of Contributed Papers, eds. Štefan Matejčík, Peter Papp, Ondrej Bogár, ISBN 978-80-8147-021-9, pp. 150-152, 2014
P. Herczku, Z. Juhász, S.T.S. Kovács, R. Rácz, S. Biri, J. Pálinkás, B. Sulik: Dynamics of guiding of Ne7+ and Ar7+ ions through nano- and microcapillary arrays, International Conference: Smart functional materials for shaping our future, 19 – 20 September 2014 Debrecen, Hungary, BOOK OF ABSTRACTS, pp. 174-175, 2014
Stolterfoht N., Hellhammer R., Sulik B., Juhász Z., Bayer V., Trautmann C., Bodewits E., Hoekstra R.: Evidence of blocking effects on 3-keV Ne7+ ions guided through nanocapillaries in polycarbonate, Physical Review A 83 (2011) 062901-10, 2011
Gál G. A. B., Rajta I., Szilasi S. Z., Juhász Z., Biri S., Cserháti Cs., Csik A., Sulik B.: Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 269 (2011) 2322-2325, 2011
N. Stolterfoht, P.Herczku, Z. Juhász, S.T.S.Kovács, R.Rácz, S. Biri, and B. Sulik: Role of conductivity for the production of charge patches by ions guided in capillaries, Submitted to Nuclear Instruments and Methods B on Nov. 7, 2016, jelenleg a REAL-ban, várható impakt faktor: 1.389, 2016
Z. Juhász, P. Herczku, N. Stolterfoht, S. T. S. Kovács, R. Rácz, S. Biri and B. Sulik: Conductivity mechanism probed by ion transmission through nanocapillaries during the discharging process, beküldés előtt Phys Rev A-ba, várható impakt faktor 2.598, 2016
P Herczku, Z Juhász, S T S Kovács, R Rácz, S Biri and B Sulik: Blocking effect on transmission of Ne7+ ions through nanocapillaries, J. Phys.: Conf. Ser. 635 032028, 2015




 

Events of the project

  
2012-03-21 16:41:01
Résztvevők változása



Back »