The microstructural evolution of tungsten (W) nanofibers has been observed during the W fuzz growth due to low-energy He+ irradiations at an elevated temperature. In this study, we find that the frequent fracture and merging of W nanofibers occur during the W fuzz growth. Our annealing experiments also show the fracture and instability of W nanofibers at an elevated temperature. Detailed analysis reveals the tensile-stress driven thermodynamic instability of W nanofibers containing plenty of helium (He) bubbles at an elevated temperature. The mergence of W nanofibers coming into contact with each other is due to the deposition of W adatoms diffusing over W nanofibers onto the mergence locations, which decreases the surface free energy of W nanofibers. The fracture of W nanofibers is attributed to the tensile stress induced cracking of W nanofibers containing He bubbles, and the subsequent W adatom surface diffusion over W nanofibers.
タングステン（W）ナノファイバーの微細構造進化は、高温での低エネルギーHe+照射によるWファズ成長中に観察されてきた。本研究では、Wファズ成長中にWナノファイバーの頻繁な破断と合体が発生することを見出した。また、焼鈍実験により、高温でのWナノファイバーの破断と不安定性が示された。詳細な分析により、高温での多数のヘリウム（He）バブルを含むWナノファイバーの引張応力駆動型熱力学的不安定性が明らかにされた。互いに接触するWナノファイバーの合体は、Wナノファイバー上を拡散するW吸着原子が合体位置に堆積することによるものであり、これによりWナノファイバーの表面自由エネルギーが低下する。Wナノファイバーの破断は、Heバブルを含むWナノファイバーに誘起された引張応力による亀裂と、その後のWナノファイバー上のW吸着原子の表面拡散に起因する。