La modificación de materiales a través de haces de iones ha sido una técnica muy útil en la industria al menos desde la decada de los 1960's. Esto se ha debido en gran medida a la gran versatilidad y control que ofrece esta técnica. Entre las ventajas, se encuentra la "limpieza" de los procesos involucrados, sin introducir contaminantes, o la introducción de ellos de manera controlada, tanto en su cantidad como en su profundidad. Por otra parte, la interacción de iones energéticos con los materiales, produce daño, que en algunas ocasiones es indeseable. Sin embargo, en muchas ocasiones, este daño se puede revertir mediante un tratamiento térmico. El objetivo de este proyecto, es el estudio de la interacción de iones energéticos con nano partículas metálicas previamente preparadas dentro de una matriz dieléctrica. El interés en realizar este estudio es doble: Por una parte los aspectos fundamentales del depósito de energia del ion y su redistribución en el sistema nano partícula-matriz, y por otra parte, la posibilidad de modificar las propiedades ópticas de estos sistemas. El sistema principal a ser estudiado será el de nano partículas de oro en zafiro al ser irradiadas con iones de silicio. Para ello, se implatarán iones de oro con una energía de 1.5 - 2.5 Mev dentro de una matriz de zafiro sintético. Posteriormente se les dará un tratamiento térmico a 900 - 1000 C para provocar la segregación y formación de nano-partículas de Au con radios entre 4 y 12 nm. El proceso de deformación se llevará a cabo con iones de silicio de 6 a 12 MeV. El resultado esperado, es la obtención de nano partículas de oro elongadas en la dicrección del haz de Si. Al estar todas las nano partículas orientadas en la misma dirección, se observarán variaciones en sus propiedades ópticas. El proceso ha sido observado previamente en varios sistemas compuestos por nano partículas metálicas en SiO2. Inclusive existe una buena idea sobre el mecanismo de deformación. Parte de este modelo se basa en el hecho de que el SiO2 tiene un coeficiente de estrés térmico mucho menor que los metales en cuestión. Sin embargo, dicho modelo no ha sido probado con otras matrices cuya expansión térmica sea comparable o mayor al del metal involucrado. El estrés térmico del zafiro es comparable al del oro. Simultáneamente se realizarán los cálculos numéricos correspondientes al proceso de redistribución de la energía cedida por el ion al material, en el modelo llamado de las dos temperaturas del "spike térmico inelástico". En este sentido, es también necesario profundizar y describir con mayor detalle dicho proceso, así como acoplarlo correctamente a las propiedades mecánicas de los materiales en cuestión. Finalmente, de manera complementaria, se caracterizarán las propiedades ópticas lineales y no lineales de las muestras obtenidas, que también son de interés por sus valores superiores a los de otros materiales.

Este proyecto contribuirá a tener una mejor comprensión de los mecanismo de deformación de nano partículas dentro de un spike térmico debido al depósito de energía por un ion de alta energía. Se caracterizarán las nano partículas obtenidas experimentalmente y se mejorará el modelo que existe actualmente. Además se producirán y caracterizarán materiales con propiedades ópticas interesante y potencialmente útiles para aplicaciones tecnológicas. Finalmente, contribuirá a la formación de recursos humanos y a mejorar la infraestructura del Instituto de Física.