Когерентная пикосекундная спектроскопия сверхтонких металлических пленок: методы бигармонической накачки и вырожденной четырехфотонной спектроскопии

• Автор: Руденко, Константин Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил

Оглавление

Введение

Глава 1 Современное состояние спектроскопии сверхтонких

металлических пленок

1.1 Специфика сверхтонких металлических пленок: стационарные

и нестационарные эффекты

1.1.1 Первые наблюдения специфики сверхтонких металлических

пленок

1.1.2 Линейная оптическая спектроскопия

1.1.3 Нестационарные эффекты при взаимодействии лазерных
импульсов с ферромагнитными пленками
1.2 Исследование кинетики нестационарных и нелинейных
процессов: метод «пробного пучка»
1.2.1 Фотоэмиссионная спектроскопия
1.2.2 Зондирование коэффициентов пропускания/отражения
1.2.3 Генерация второй гармоники от поверхности
1.2.4 Генерация акустических импульсов
1.2.5 Зондирование наведенных решеток
1.3 Нелинейная четырехфотонная спектроскопия: когерентные и
некогерентные методы
1.3.1 Спектроскопия комбинационного рассеяния
1.3.2 Метод бигармонической накачки
1.3.3 Метод вырожденной четырехфотонной спектроскопии
1.3.4 Методика извлечения спектроскопической информации из
данных эксперимента
Выводы
Глава 2 Экспериментальные исследования сверхтонких пленок №,
Аи и Р1 методами пикосекундной бигармонической накачки ^
и вырожденной четырехфотонной спектроскопии
2.1 Пикосекундный спектроскопический комплекс
2.1.1 Схема спектроскопического комплекса и процедура юстировки
2.1.2 Система регистрации и сбора данных
2.2 Исследуемые образцы
2.3 Экспериментальные результаты

Метод бигармонической накачки
Метод вырожденной четырехфотонной спектроскопии
Выводы
Электронная часть нелинейно-оптического отклика сверхтонких металлических пленок
Модель электронной части нелинейной восприимчивости
Общая структура модели нелинейной восприимчивости сверхтонких металлических пленок
Процессы релаксации
Насыщение, правила отбора и специфика ферромагнитных пленок
Интерполяция зонной структуры
Свободные параметры модели
Численное моделирование нелинейного отклика
Численное моделирование нелинейного отклика в методе БН
Численное моделирование нелинейного отклика в методе ВЧФС
Обсуждение результатов численного моделирования Выводы
Эффекты, связанные с возбуждением избыточных свободных носителей в сверхтонких металлических пленках
Особенности процессов релаксации в сверхтонких металлических пленках
Прямой механизм возбуждения акустических фононов на поверхности
Прямой механизм возбуждения оптических фононов на поверхности
Процесс «перемешивания спинов»
Пространственная миграция свободных носителей Методика расчета
Результаты численного моделирования
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность проблемы
Получение достоверной информации о физических процессах, протекающих в сверхтонких (толщина ~ 100 нм и менее) металлических пленках, как и о кинетических параметрах, описывающих эти процессы, является одной из весьма актуальных проблем современной физики, решение которой имеет к тому же и прикладное значение. Такая информация совершенно необходима, например, для современной микроэлектроники. Специфические явления, наблюдающиеся в сверхтонких пленках, и необычные свойства последних позволяют, используя развитые в последние десятилетия технологии, изготавливать принципиально новые материалы с заданными характеристиками. Именно поэтому одним из важнейших требований, предъявляемых к любому из современных методов исследования сверхтонких пленок, является возможность правильного выявления физических механизмов, ответственных за протекающие в них процессы, а также точного определения значений основных физических параметров, необходимых для их описания.
На сегодняшний день накоплен уже огромный экспериментальный материал по исследованию сверхтонких металлических пленок самыми разными методами. Однако, кинетические процессы, протекающие в таких пленках, изучены еще явно недостаточно. Развитые для объяснения экспериментально наблюдаемых в них явлений модельные представления пока не являются универсальными. Поэтому модели, разработанные для объяснения результатов экспериментов, проведенных одними методами, достаточно часто не могут объяснить данные, полученные с

преломления [74], изменения которого можно регистрировать, используя второй пробный импульс, задержанный относительно момента прихода импульса накачки. Обычно длина волны пробного импульса выбирается в спектральной области, где велико значение пьезооптической константы [74]. Однако недавно авторы [78] наблюдали изменение формы акустического импульса в тонких (толщина ~ 100 нм) и А1 пленках при вариациях длины волны возбуждения в диапазоне 720 - 920 нм. Высказано предположение, что обнаруженный эффект связан с независимым изменением мнимой и действительной частей пьезоэлектрической константы. В свою очередь, это может происходить тогда, когда в спектре поглощения присутствуют резонансные линии. Так, наблюдавшееся авторами [78] изменение формы акустического импульса в окрестности точки 820 нм согласуется с длиной волны известного из литературы межзонного перехода А1 (830 нм) [79].
При поглощении в тонких пленках сразу двух совпадающих во времени, но распространяющихся под углом пучков накачки на поверхности возбуждаются две бегущие навстречу друг другу акустические волны. За счет их интерференции формируется стоячая акустическая волна - «наведенная решетка», состояние которой также можно зондировать. Вариант метода ПП, основанный именно на такой геометрии возбуждения и будет рассмотрен в следующем разделе.
1.2.5 Зондирование наведенных решеток
Итак, суть этой модификации метода ПП состоит в быстрой «записи» в изучаемом образце дифракционной решетки. Для этого используются два совпадающих во времени, но распространяющих под углом друг к другу пучка