离子大决战：科学家研究高电荷态离子冲击能

伤我心太深

高度电离化的粒子电脑模拟图

腾讯科技讯（Everett/编译）据国外媒体报道，高电荷态离子能量在冲击影响下逐渐消散的过程。根据国际标准与技术研究所的测量结果，粒子的能量大约有60%被冲散，在余下的40%能量中，大约有27%的能量在表征上改变了实验材料的外形。就像流星撞击地球那样，高电荷态离子撞击的难度确实很大，但是可以造成很大的伤害，只是规模上显得小得多，其也可以比喻成地质学家从流星的大小和速度来确定陨石坑的大小，物理学家观察薄膜表面的痕迹以确定高电荷态离子的能量。

国家标准和技术研究所（NIST）和克莱姆森大学的科学家们最近授予了一项专利，该研究第一次精确测量了高电荷态离子能量对薄膜表面的影响程度。研究过程主要是通过离子放电后所具有的能量作用在薄膜表面，以帮助研究人员更好地建立粒子对薄膜表面影响的预测模型。

而关于高电荷态离子的问题是一个较大的难题。该离子主要被应用于各种微型以及纳米级的生产工艺上，这些技术都是要建立在精细的基础之上，比如离子铣削和蚀刻等离子速加工的技术。通过对高能态离子建立更好的预测模型，可以帮助研究人员减少离子侵蚀，而离子侵蚀在某些地方却是一件让人很头痛的事儿，比如在核聚变反应堆内部。

该研究小组使用氙原子进行试验，将氙原子外层54个电子剥离而剩下10个外层电子，使其高度的离子化，这个过程需要5万电子伏特。原子则吸收了所有的能量释放出电子，这个过程直到原子不能再吸收更多的能量为止，原子具有的这些能量，最后都会以动能的形式放出，由于原子的质量本来就很小，所以能量就会体现在速度上。这就是前文中所说的，高电荷态离子具有强大冲击能。

据该参与项研究的克莱姆森大学什科学家波默罗伊（Josh Pomeroy）介绍:当高电荷态离子最后被激发出来，并选择一个目标进行撞击，其能量的大部分都会被“飞溅”出来，并消散到真空中，这个能量的大部分值大约在60%左右。根据我们的测量结果，剩余的40%高电荷态离子，大约有27%在表征上改变了实验材料的外形，而其余的13%则最有可能转换为了热能。

该研究小组同时也是第一个开始使用纳米薄膜进行实验，以帮助提高硬盘驱动器的数据存储能力，他们使用了三氧化二铝薄膜作为硬盘驱动器磁板之间的绝缘材料。实验过程中，研究人员使用高电荷态离子作用与薄膜表面，并点蚀到一定的深度，通过测量通过薄膜表面电导率的微小变化。虽然，该项研究的原始动机出现了部分变化，但是研究小组的方法以及应用的材料仍然可以被用于测量高电荷态离子的能量转换以及校准工业系统中所采用高能量离子束。