Поглощение электромагнитного излучения малыми проводящими частицами и тонким металлическим слоем

• Автор: Березкина, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Глава 1 Расчет вихревого тока в мелкой проводящей частице сферической формы

1.1 Постановка задачи

1.2 Математическая модель и расчет вихревого тока

1.3 Обсуждение результатов

Глава 2 Магнитное дипольное поглощение электромагнитного излучения мелкой проводящей частицей

2.1 Основные физические допущения

2.2 Постановка задачи

2.3 Методика решения кинетического уравнения

2.4 Расчет магнитного дипольного поглощения

2.5 Обсуждение результатов

Глава 3 Поведение электронной плазмы в тонкой металлической пластине в переменном электрическом поле
3.1 Постановка задачи
3.2 Метод решения и математические расчеты
3.3 Предельные случаи
3.4 Обсуждение результатов
Заключение
Список литературы
Приложение

Актуальность диссертации
Электрические, оптические и теплофизические свойства малых проводящих частиц и тонких слоев могут существенно отличаться от свойств массивных образцов. С классической кинетической точки зрения это отличие обусловлено тем, что линейные размеры а рассматриваемых объектов могут быть сравнимы с длиной свободного пробега Я носителей заряда, при этих условиях характер взаимодействия носителей заряда с границей образца начинает оказывать значительное влияние на его свойства. Изучение свойств малых частиц и тонких пленок вызывает большой теоретический интерес и обеспечивает их широкое использование в разнообразных технических приложениях [1-9].
Исследование кинетических процессов актуально в задачах о взаимодействии электромагнитного излучения с аэрозольными системами, состоящими из мелких частиц (сферических, плоских и т. д.), которые используются для экранировки электромагнитного излучения [10,11]. Нагрев частицы и ее теплообмен с окружающей средой существенно зависит от распределения плотности поглощаемой энергии по объему частицы, этот эффект необходимо учитывать при анализе испарения частиц (в том числе, в поле лазерного излучения).
При нанесении на поверхность твердых тел красок, содержащих малые проводящие частицы, могут значительно изменяться поглощающие и отражающие характеристики таких поверхностей. Для управления указанными процессами требуется тщательное изучение электрических и оптических свойств малых проводящих частиц.
Кинетическое описание отклика электронов в тонком слое металла на внешнее электромагнитное излучение необходимо и в ряде задач микроэлектроники, поскольку развитие современных технологий приводит к

уменьшению характерных размеров деталей микроэлектронных устройств, и рассматриваемые толщины пленок становятся субмикронными.
Отметим, что уравнения макроскопической электродинамики применимы лишь в предельном случае «массивных» образцов (а » Л), поэтому классическая теория взаимодействия электромагнитного излучения с проводящей частицей (теория Ми [12]) и тонкой пленкой непригодна для описания упомянутого выше размерного эффекта. В качестве аппарата, способного описывать отклик электронов на внешнее электромагнитное поле с учетом взаимодействия электронов с границей образца, может быть использована стандартная кинетическая теория проводимости в металле [13]. В этом случае ограничения на соотношение между длиной свободного пробега электронов и размером образца не накладываются.
Основные результаты этих исследований довольно полно отражены в имеющихся монографиях [14,15] и монографических обзорах[1,16].
В [14] рассматриваются основные физические свойства малых неорганических частиц и прослеживается изменение этих свойств при переходе от атомов к массивному телу. Взаимодействие малых частиц с электромагнитным полем наиболее подробно обсуждается в главе 7. Здесь сначала рассматриваются общие закономерности электромагнитного поля и оптических характеристик массивного вещества, а затем оптические свойства дисперсных сред и отдельных частиц. Проводится обсуждение экспериментальных результатов, полученных при исследовании гранулированных пленок, в частности появление резонанса на графиках зависимости коэффициента поглощения от длины волны света в тонких пленках Аи и Ag. Экспериментальные данные сравниваются с существующими теориями.
В [15] представлен критический обзор теоретических и экспериментальных работ по вопросам приготовления и исследования кластеров и малых частиц преимущественно металлов.

(1 -^)ехр
-2(к + Л)^=

' ( и
2г£
1 — <7 ехр
■%/м.
„ учи^и-и^) ](ехр(г/-м>;) + 1)2

2к 4й(1-д)(-ехр(-2гки] /4й))
2 ихг2{-с!ехр(-2гкох /л/м))
и3/2 ехр(г/-м )
х ?—г аиак
(ехр(м-м„) + 1)
(64)
Здесь /7, - безразмерная скорость: и,=и, / 42кТ!т
Результаты численных расчетов коэффициента поглощения (64) при различных значениях параметров д, _у приведены на рис. 1 - 4.