Channelling

In fisica il channelling o channeling (dall'inglese incanalamento) è un fenomeno che consiste nella modifica delle traiettorie di fasci ionici (o di particelle cariche) in un materiale cristallino solido, detto anche incanalamento di fasci, che avviene quando un fascio di ioni è accuratamente allineato con una direzione ad alta simmetria di un cristallo. L'interazione di un fascio di particelle cariche o di ioni con un materiale può dar luogo ad un'ampia varietà di fenomeni fisici, come lo scattering elastico, anelastico, processi di perdita di energia, reazioni nucleari, emissione di elettroni secondari ed altri fenomeni. Ognuno di essi è caratterizzato da una sezione d'urto (cross section) che esprime la probabilità che quello specifico fenomeno accada, dato uno specifico materiale e uno specifico fascio. Le sezioni d'urto sono in genere espresse per un materiale isotropo e omogeneo, dove gli atomi del materiale sono da considerarsi disposti casualmente, o possono presentare solo un ordine locale. In queste condizioni, la sezione d'urto è indipendente dalla direzione del vettore quantità di moto del fascio, ovvero al variare dell'angolo di entrata del fascio ionico in un materiale, la sezione d'urto non si modifica. Nel caso di materiali monocristallini, gli atomi sono disposti ordinatamente in una struttura e la sezione d'urto dei fenomeni derivanti dall'interazione del fascio con il materiale diventa fortemente dipendente dall'orientazione reciproca tra il cristallo e il fascio incidente. In generale, l'interazione fra ione incidente e il materiale può essere divisa in due grandi categorie: le interazioni ione-elettroni e ione-nuclei. Le interazioni ione-elettroni danno origine ai principali meccanismi di perdite di energia degli ioni incidenti e di quelli diffusi nei materiali, mentre le interazioni ione-nuclei sono alla base di diversi fenomeni fisici su cui si basano le tecniche di analisi con fasci ionici, tra i quali anche il fenomeno del channelling. Fig.1 Rappresentazione di un cristallo di silicio spesso circa 12nm visto dalla direzione cristallografica 110. Il fenomeno del channelling è facilmente riscontrabile durante l'uso di tecniche di analisi a fascio ionici (ion beam analysis) con materiali cristallini, prima tra tutte la tecnica Rutherford backscattering spectrometry (RBS), dove fasci di ioni (come H+ o 4He+) sono utilizzati ad energie in genere tra 100 keV - 5 MeV per analizzare materiali, sfruttando le interazioni ione-nucleo per ricavare informazioni composizionali o strutturali. Tuttavia fenomeni di channelling sono comunemente riscontrati in un'ampissima gamma di energie, anche in fasci altamente energetici dell'ordine di GeV - TeV. Sono visibili fenomeni di channelling sia con fasci carichi positivamente, sia negativamente.