Micromechanical Properties of Gd3Ga5O12 Crystals Irradiated with Swift Heavy Ions

Abstract

У даній статті наведені результати досліджень оптичного поглинання та механічної поведінки монокристалів Gd3Ga5O12 (GGG), підданих дії швидких іонів 84 Kr при флюенсах від 1013 до 1014 іон/см2. Установлено, що спектри оптичного поглинання GGG, вирощених за допомогою методу Чохральського, мають чіткі вузькі лінії в УФ-спектрі, що можна віднести до переходів 4f-4f у Gd3+. Було виявлено чіткі зміни від базового стану 6S 7/2 до станів 6P, 6J і 6D в катіоні Gd3+. Неочікувана смуга поглинання також була виявлена при 350 нм, ймовірно, в результаті ненавмисного забруднення Ca. Після впливу іонів край основного поглинання зміщується приблизно на 30 нм у бік більш довгохвильової ділянки спектру. Тести на твердість показали ефект пом’якшення після впливу іонів, пов’язаний з аморфізацією матеріалу.

This study investigated the optical absorption and mechanical behavior of Gd3Ga5O12 (GGG) single crystals exposed to fast 84 Kr ions at fluences ranging from 1013 to 1014 ion/cm2. We observed that the optical absorption spectra of GGGs grown using the Czochralski method feature distinct narrow lines in the UV spectrum, attributable to the 4f-4f transitions in Gd3+. Clear changes were identified from the 6S 7/2 base state to the 6P, 6J, and 6D states within the Gd3+ cation. An unexpected absorption band was also detected at 350 nm, likely resulting from unintentional Ca contamination. After ion exposure, the fundamental absorption edge shifted by approximately 30 nm towards the longer-wavelength section of the spectrum. Our hardness tests indicated a softening effect post-ion exposure, possibly linked to ion-triggered amorphization.