О наноотколе после воздействия ультракороткого лазерного импульса
жүктеу/скачать 0.85 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ЛИТЕРАТУРА [1] D. von der Linde, K. Sokolovski-Tinten, Appl. Surf. Sci. 154-155
8. Заключение В пп. 2-5 описан процесс формирования и структура сформировавшегося лазерного факела. Характер одномерного течения, вызванного поглощением энергии греющего ультракороткого импульса, зависит от того, к какому диапазону из трех относится температура на изохоре начальной плотности при МД моделировании или флуенс в эксперименте. К первому диапазону относятся значения ниже абляционного порога, ко второму – между порогами абляции и испарения, и к третьему – выше порога испарения. Представлены простые физические причины, из-за которых возникают указанные два важнейших порога. Описание причин основано на линейной акустике и МД моделировании и их сравнении. Одномерное течение связывается с распределением греющего флуенса по плоскости мишени. Это позволяет представить трехмерную морфологию факела. Факел существует во втором диапазоне (течение с откольным куполом) и в третьем диапазоне (безоткольный разлет). В п. 7 описаны результаты опытов с фемтосекундным лазером на хром-форстерите [27,28]. Две тонкие экспериментальные методики с чрезвычайно высоким временным и пространственным разрешением применялись параллельно для слежения за движением факела. Это дополняющие друг друга методики с микроинтерферометрией и кольцами Ньютона. Такая дополнительность позволяет получить надежные результаты по эволюции факела. Опыты подтверждают МД данные о летящем куполе в факеле. Определены порог абляции для золота = 1.35 Дж/см , глубина кратера 110 нм и коэффициент поглощения греющего излучения ~ 0.3, намного превышающий коэффициент поглощения на холодном металле при отражении световой волны малой амплитуды. Из обеих методик следует, что толщина купола убывает с ростом флуенса. На это указывает повышение пропускания света через купол с ростом флуенса в микроинтерферометрических измерениях и ослабление осцилляций в кольцах Ньютона. Результаты опытов доказывают существование порога испарения и дают оценку этого порога 5-6 Дж/см (7). В п. 7 показано, что для достижения термодинамических критических параметров золота в экспериментах с фемтосекундными лазерами необходимы флуенсы значительно превосходящие указанный флуенс (7). ЛИТЕРАТУРА [1] D. von der Linde, K. Sokolovski-Tinten, Appl. Surf. Sci. 154-155, 1 (2000). [2] K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, A. Cavalleri, D. von der Linde, Appl. Surf. Sci. 127-129, 755 (1998). [3] J. Koch, F. Korte, T. Bauer, C. Fallnich, A. Ostendorf, B.N. Chichkov, Appl. Phys. A 81, 325 (2005). [4] S.K. Friedlander, D.Y.H. Pui, J. Nanoparticle Res. 6, 313 (2004). [5] T.E. Itina, J. Hermann, Ph. Delaporte, M. Sentis, Appl. Surf. Sci. 208-209, 27 (2003). [6] R. Hergenroeder, M. Miclea, V. Hommes, Nanotechnology 17, 4065 (2006). [7] B.S. Luk’yanchuk, W. Marine, S.I. Anisimov, Laser Physics 8, 291 (1998). [8] S. Amoruso, G. Ausanio, A.C. Barone, R. Bruzzese, L. Gragnaniello, M. Vitiello, X. Wang, J. Phys. B 38, L329 (2005). [9] X. Gu, H.M. Urbassek, Appl. Phys. B 81, 675 (2005). [10] S.I. Kudryashov, S.D. Allen, J. Appl. Phys. 93, 4306 (2003). [11] L.V. Zhigilei, E. Leveugle, B.J. Garrison, Ya.G. Yingling, M.I. Zeifman, Chem. Rev. 103, 321 (2003). [12] D.B. Chrisey, A. Pique, R.A. McGill, J.S. Horwitz, B.R. Ringeisen, D.M. Bubb, P.K. Wu, Chem. Rev. 103, 553 (2003). [13] C.M. Pitsillides, E.K. Joe, X. Wei, R. Rox Anderson, C.P. Lin, Biophys. J. 84, 4023 (2003). [14] A. Vogel, J. Noack, G. Huettmann, G. Paltauf, Appl. Phys. B 81, 1015 (2005). [15] D.S. Ivanov, L.V. Zhigilei, Phys. Rev. Lett. 91, 105701 (2003). [16] Г.Э. Норман, В.В. Стегайлов, ДАН 386, 328 (2002). [17] E. Leveugle, D.S. Ivanov, L.V. Zhigilei, Appl. Phys. A 79, 1643 (2004). [18] С.И. Анисимов, В.В. Жаховский, Н.А. Иногамов, К. Нишихара, А.М. Опарин, Ю.В. Петров, Письма в ЖЭТФ 77, 731 (2003). [19] С.И. Анисимов, В.В. Жаховский, Н.А. Иногамов, К. Нишихара, Ю.В. Петров, В.А. Хохлов, ЖЭТФ 130, 212 (2006). [20] D.S. Ivanov, A.N. Volkov, G. O’Connor, L.Z. Zhigilei, The 5th International Conference on Photo-Excited Processes and Applications (ICPEPA-5), Abstracts, Report C-5094, 3-7 September, 2006, Charlottesville, Virginia, USA, Co-Chairs: P. Hess, A. Luches, A Peled, L. Zhigilei. http://www.seas.virginia.edu/academic/icpepa5/ [21] M. Sob, L.G. Wang, V. Vitek, Materials Science Engineering A 234-236, 1075 (1997). [22] В.В. Жаховский, С.И. Анисимов, К. Нишихара, Н.А. Иногамов, Письма в ЖЭТФ 71, 241 (2000). [23] Г.И. Канель, С.В. Разоренов, А.В. Уткин, В.Е. Фортов, Ударноволновые явления в конденсированных средах. М.: Янус-К (1996). [24] T. Antoun, L. Seaman, D.R. Curran, G.I. Kanel, S.V. Razorenov, A.V. Utkin, Spall fracture, NY, Berlin, etc.: Springer-Verlag (2003). [25] Н.А. Иногамов, С.И. Анисимов, Б. Ретфельд, ЖЭТФ 115, 2091 (1999). [26] V. Zhakhovskii et al, IEEE Proceeding of the 5th International Symposium on Cluster Computing and Grid (CCGrid 2005), May 9-12, 2005, pp. 848 – 854, Vol. 2; arXiv:DC/0405086v1 24 May 2004 [27] С.И. Ашитков, А.В. Овчинников, М.Б. Агранат, Письма в ЖЭТФ 79, 657 (2004). [28] М.Б. Агранат, С.И. Ашитков, А.А. Иванов и др., Квантовая электроника 34, вып. 6 (2004). [29] V.V. Temnov, K. Sokolowski-Tinten, P. Zhou, D. von der Linde, J. Opt. Soc. Am. B 23, 1954 (2006). ПОДПИСИ ПОД РИСУНКАМИ Рис. 1. (a) Распределение флуенса по сечению лазерного пучка. (b) Соответствие между формой лазерного выброса и распределением в случае бесконечно толстой мишени. (c) Морфология выброса в случае тонкого слоя с двумя границами с вакуумом (это не слой на подложке). Горизонтальная штрихпунктирная прямая OO’ – плоскость симметрии течения. Ср. со случаем толстой мишени. Рис. 2. Поле начальных (штриховая кривая) и финальных (сплошная кривая) скоростей по пятну нагрева, вычерченные вместе с распределением флуенса по пятну нагрева. Рис. 3. Этапы 1 (резкое ускорение), 2 (торможение за звуковое время) и 3 (полет по инерции) изменения скорости . Кривая a относится к случаю под порогом абляции =0.86. Тогда как кривые b и c представляют надпороговые случаи с =1.08 и 1.72. Рис. 4. Этапы ускорения (1) и начала торможения (2) изменения скорости , показанные при развертке зависимости от времени на атомарном масштабе времени. Рис. 5. Сверху вниз: начальный профиль ( ), три составляющие суммарного профиля по отдельности ( ), сумма составляющих ( ), установившаяся волна из суммы 3 и 1 составляющих ( ). Рис. 6. Схожесть и отличия между молекулярно-динамическим моделированием (флуктуирующая кривая) и линейной акустикой 1-2, j, 2-3. Значения параметров: (на 14% ниже порога), =200 молекулярно-динамических единиц времени (MDU). Рис. 7. Сравнение линейного приближения с численным моделированием ниже порога при , =400 MDU. Рис. 8. Сравнение линейного приближения с численным моделированием выше порога откола или абляции, =1.08. Рис. 9. Процесс формирования разрыва через развитие пластических деформаций. В скобках у кривых указано время в единицах и в единицах MDU, =1.08. Рис. 10. Допороговый случай . Сравнение акустической (1-2) и МД (тонкая кривая) зависимостей от времени скорости движения границы конденсированной фазы. Рис. 11. Структура течения разлета, состоящего из областей вещества в (1) деформированном твердом состоянии (левее стрелки m), (2) расплава между стрелками m и cr, (3) двухфазной области между метками cr и cr-E, (4) откольного купола между метками cr-E и A-E и (5) пара на отрезке A-E и 1. Ср. с рис. 1 (b). Рис. 12. Упрощение течения разлета по сравнению с рис. 11 за счет исчезновения отрезка, относившегося к откольному куполу. Этот отрезок пропадает при превышении порога испарения. Стрелкой cr отмечено дно будущего кратера, а стрелкой ni показана начальная плотность. Рис. 13. Зарождение и развитие системы пузырей и откольного слоя. Двухфазная область выделена нижней парой черточек на правом рисунке. Откольный слой отмечен верхней парой черточек; . Рис. 14. Сопоставление структур двухфазных областей на разных расстояниях от оси лазерного пучка (ср. с рис. 1 b). Случаи слева направо соответствуют следующим значениям показателя надпороговости: = 1.08, 1.72, 2.6 и 4.3. Рис. 15. Сравнение структуры и профилей усредненной по поперечным координатам плотности (средний рис.) и давления (нижний рис.), . Рис. 16. Схема микроинтерферометрического эксперимента. Рис. 17. Характерные интерферограммы поверхности мишени спустя =1.5 нс после нагрева: (a) – откольный купол при Fс = 2.0 Дж/см2; (b) – откольный купол с образованием “дыры” при Fс = 7.2 Дж/см2. Рис. 18. Кольца Ньютона, возникающие из-за интерференции световой волны на куполе и дне кратера, = 1.5 нс, = 9 Дж/см . Рис.19. Зависимость глубины кратера в центре пятна облучения от плотности энергии Fc лазерного импульса для золота Рис19а Зависимость квадрата радиуса кратера от энергии лазерного импульса для золота (порог абляции). Рис.20. Форма отражающей поверхности h(y) для =1.5 нс по данным интерферометрии: (1) - Fс = 7.2 Дж/см2; (2) - Fс = 2.0 Дж/см2. Пунктир – профили соответствующих кратеров. Рис.21. Смещение отражающей поверхности купола от поверхности мишени h(Finc) для =1.5 нс по данным микроинтерферометрии (линия) и колец Ньютона (точки). жүктеу/скачать 0.85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|