Динамика и механизмы образования кластеров при импульсной лазерной абляции

• Автор: Булгаков, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 285 с. : ил.

Глава 1. Импульсная лазерная абляция и синтез кластеров
1.1. Кластеры, наночастицы и методы их синтеза
1.2. Воздействие лазерного излучения на вещество и его применения
1.3. Особенности лазерной абляции как метода синтеза кластеров
1.4. Нерешенные проблемы в синтезе кластеров методом лазерной абляции. Выбор объектов исследования.
Глава 2. Экспериментальная установка для исследования газа и плазмы с кластерами
2.1. Генерация кластеров при лазерной абляции и формирование кластерных пучков. Выбор метода диагностики кластеров.
2.2. Времяпролетная масс-спектрометрия лазерной плазмы и кластеров
2.2.1. Ионный источник масс-спектрометра.
2.2.2. Отражатель, детектор, система регистрации и управления экспериментом.
2.2.3. Общая характеристика масс-спектрометра.
Предельный диапазон регистрируемых масс.
2.3. Вакуумная и лазерная системы. Источник кластерного пучка
2.4. Методика проведения экспериментов.
Времяпролетные распределения, частиц лазерного факела. Измерение скорости кластеров.
2.5. Другие методы диагностики, используемые в работе
2.6. Погрешности измерений
Глава 3. Динамика расширения лазерного факела в условиях формирования кластеров
3.1. Особенности динамики факела при наносекундных лазерных импульсах умеренной интенсивности. Экранировка излучения.
3.2. Тепловая модель лазерной абляции в условиях
российская
государственна* -испиотЕК '
БИБЛИОТЕК

образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение
3.3. Экспериментальное исследование поглощения излучения в
плазме. Сравнение с результатами моделирования
3.4. Нагрев материала мишени при нормальном испарении.
Переход к фазовому взрыву. Баланс энергии при
наносекундной лазерной абляции
3.5. Зондовые измерения в лазерной плазме. Ускорение ионов
и корреляция с поглощением излучения в плазме
3.6. Об аппроксимации времяпролетных сигналов ионов равновесной функцией распределения частиц по скоростям
3.7. Основные результаты и выводы
Глава 4. Динамика свободных кластеров, возбужденных
импульсами лазерного излучения
4.1. Каналы релаксации энергии возбуждения С60.
Задержанная ионизация
4.2. Время жизни метастобильного триплетного состояния высоковозбужденной молекулы С6о
4.3. Фотоионозация и фотофрагментация эндофуллерена П@С6о
4.4. Основные результаты и выводы
Глава 5. Образование кластеров при импульсной лазерной
абляции высокотемпературных сверхпроводников
5.1. Импульсная лазерная абляция как метод
синтеза ВТСП пленок
5.2. Образование кластеров при абляции ВТСП в вакууме
5.3. Абляция ВТСП в фоновом кислороде
5.3.1. Влияние давления кислорода на состав и динамику 159 разлета лазерного факела
5.3.2. О роли кластеров в лазерном напылении ВТСП пленок
5.4. Реакции окисления продуктов лазерной абляции ВТСП
5.5. Пульсирующий разлет лазерного факела в фоновом газе
5.6. Основные результаты и выводы

Глава 6. Синтез кластеров фосфора
6.1. Фосфор и его потенциальные наноструктуры
6.2. Образование кластеров фосфора при абляции в вакууме лазерными импульсами видимого и ближнего УФ диапазонов
6.2.1. Заряженные кластеры
6.2.2. Нейтральные кластеры
6.3. Образование кластеров фосфора при абляции в вакууме лазерными импульсами дальнего УФ диапазона
6.4. О механизме образования кластеров фосфора при лазерной абляции
6.5. О структурах кластеров фосфора, образующихся при лазерной абляции
6.6. Основные результаты, выводы и заключительные замечания
Глава 7. Синтез кластеров кремния
7.1. Особенности лазерной абляции кремния
7.2. Образование кластеров кремния при наносекундной
лазерной абляции
7.2.1. Абляция в вакууме
7.2.2. Абляция в фоновом газе
7.3. Образование кластеров кремния при фемтосекундной
лазерной абляции
7.3.1. Особенности взаимодействия с веществом
фемтосекундных лазерных импульсов
7.3.2. Прямая эмиссия кластеров. Инкубационный эффект
7.3.3. Анализ механизмов эмиссии кластеров.
Кулоновский и фазовый взрывы
7.4. Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список цитируемой литературы

объем оказывается открытым с четырех сторон. Это позволяет свободно ввести в область ионизации и исследуемый молекулярный (кластерный) пучок, и ионизирующее лазерное излучение. Геометрия экспериментов, представленных в данной работе, была такова, что все три пучка - кластерный, электронный и лазерный - были взаимно ортогональны. Поскольку кластерный пучок проходит через ионный источник «напролет», регистрируемый сигнал пропорционален плотности частиц пучка в области регистрации [122,251,252].
В экспериментах использовалась главным образом ионизация электронным ударом. Для описываемого масс-спектрометра была изготовлена специальная импульсная электронная пушка с электростатической фокусировкой, конструкция которой разработана в [250,251]. В данной работе пушка была модернизирована применительно к используемой геометрии ионного источника. В состав пушки входят (Рис.2.4): катод (2). эмитирующий электроны (изготовлен из вольфрамовой проволоки диаметром 0,15 мм); зеркало (1) для создания необходимой конфигурации вытягивающего электроны поля; управляющий электрод (3), предназначенный для модуляции электронного потока и фокусирующий электрод (4). Электроды пушки изготовлены из нержавеющей стали в виде пластин размером 24x24 мм2 толщиной 0,5 мм с прорезью 14x1 мм2 посредине. По сравнению с [250,251] в пушке модернизированы конструкции крепежа катода и самой пушки к ионному источнику, а также изменены расстояния между электродами с тем, чтобы получить область кроссовера в середине ионизационного промежутка. В некоторых случаях в пушке использовалась дополнительная электростатическая трехэлектродная линза, от которой в дальнейшем было решено отказаться, поскольку она не приводила к заметному улучшению характеристик масс-спектрометра. Импульс напряжения амплитудой 100 В и длительностью (с, подаваемый на управляющий электрод (3), открывает пушку в нужный момент времени, и в течение импульса происходит Ионизация частиц, находящихся в этот момент между электродами (5) и (6). Длительность импульса 1е определяет разрешение, с которым исследуется динамика разлета нейтральных частиц лазерного факела. В описываемых экспериментах значение /с было в интервале 0,5-1 мкс. Потенциал катода {/е по отношению к потенциалу электрода (5) определяет энергию Ее ионизирующих электронов, которая варьировалась в диапазоне 40 - 160 эВ (большинство экспериментов выполнено при