Особенности прохождения атомных пучков через микрокапиллярные структуры в условиях взаимодействия с поверхностной световой волной

• Автор: Кот, Николай Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Введение
Глава 1. Современные представления о взаимодействии нейтральных атомов с полем лазерного излучения
1.1 Световое давление, условия классичности движения атома
1.2 Линейный осциллятор в световом поле
1.3 Естественная ширина уровней энергии атома
1.4 Квантование атомов
1.5 Двухуровневая система в сильном резонансном поле
1.6 Однофотонный резонанс
1.7 Матрица плотности для описания взаимодействия двухуровневого атома с полем
1.8 Сила действующая на атом в поле плоской световой волны
1.9 Параболическое уравнение гауссова пучка
1.10 Фокусировка гауссова пучка
Выводы к главе
Глава 2. Исследование распределения поля лазерного излучения вводимого в стенку микро- и поликапилляра
2.1 Уравнения электромагнитного поля
2.2 Волновое уравнение описывающее распределения поля лазерного излучения в поликапилляре
2.3 Взаимное расположение или упаковка микрокапилляров в поликапилляре
2.4 Моделирование распределения поля лазерного излучения в поликапилляре
2.5 Потенциал поля поверхностной световой волны внутри микрокапилляра

Выводы к главе
Глава 3 Каналирование атомов в микрокапилляре
3.1 Расчет траектории движения атома в микрокапилляре
3.2 Трехмерный случай движения атома в микрокапилляре

3.3 Механизм охлаждения атомов в поле поверхностной световой волны
3.4 Условие минимальной расходимости атомного пучка
3.5 Поперечное охлаждение атомов в микрокапилляре
Выводы к главе
Глава 4. Статистическая модель прохождения атомного пучка через микрокапилляр
4.1 Статистические характеристики прохождения атомного пучка через микрокапилляр
4.2 Потенциалы взаимодействия газ - поверхность
4.3 Каналирование атомов в микрокапилляре в условиях взаимодействия с поверхностной световой волной
4.4 Каналирование атомов в изогнутых микрокапиллярах в условиях взаимодействия с поверхностной световой волной
4.5 Формирование структур на подложке при условии минимальной
расходимости
Выводы к главе
Глава 5. Перспективы практического применения микрокапиллярных систем
5.1 Случай вырождения потенциала поля поверхностной световой волны в центре микрокапилляра
5.2 Моделирование прохождения атомов через микрокаплляр с вырожденным на оси потенциалом
5.3 Случай невырожденного потенциала на оси микрокапилляра
5.4 Поправки на квантовый характер движения атома в микрокапилляре... 101 Выводы к главе
Основные результаты и выводы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение В
Приложение С

Введение
Актуальность диссертационной работы
В настоящее время в связи с развитием нанотехнологий появляется необходимость разработки принципиально новых методов для фабрикации наноструктур позволяющих создавать наноструктуры по принципу «снизу - вверх» -это подход был предложен ещё Фейнманом и заключается в том, что нанообъект собирается из отдельных атомов и молекул.
Существующие на сегодня технологические подходы для фабрикации наноструктур имеют как определенные преимущества, так и недостатки. В случае стандартной технологии оптической литографии заготовка подвергается обработке лазерным лучом, минимальный размер элементов в таких схемах определяется длиной волны лазерного излучения и ограничен дифракционным пределом разрешения ~ 65 нм. Основной проблемой метода литографии пучками заряженных частиц является наличие кулоновского отталкивания, а химических методик - «островковый» механизм роста слоев, при котором точность воспроизведения отдельных структур ограничена размером образующихся в начальных стадиях пленкообразования зародышей. В связи с этим все больше в технологии производства наноструктур требуются методы, позволяющие реализовать синтез функциональных слоев и элементов непосредственно из атомов, молекул, биологических клеток и т.п. Прогресс в этом направлении достигнут в связи с заметным развитием техники зондовой микроскопии. Ряд методик зон-довой микроскопии, хотя и в лабораторных условиях, позволяют наблюдать и модифицировать поверхность с атомарным разрешением. Однако, методы зондовой микроскопии обладают низкой производительностью и по этой причине малоперспективны. Одним из подходов для нанотехнологии по принципу «снизу - вверх» могут оказаться методы, основанные на применении атомной оптики использующей нейтральные атомные пучки, фокусируемые с помощью градиентных лазерных полей. В этой связи весьма перспективной может оказаться поликапиллярная оптика Кумахова, успешно используемая в настоящее время для фокусировки рентгеновского излучения. Представляет интерес исследова-
где р— объемная плотность заряда, ] - плотность тока, ] — плотность стороннего тока показывающего действие сторонних сил. При действии сторонних сил происходит возбуждение электромагнитного поля источниками. В отличие от свободного такое поле называют вынужденным, а также полем излучения. Из системы уравнений (2.7) можно исключить все неизвестные величины кроме напряженностей поля, а затем исключить Е или II. В результате получаются дифференциальные уравнения второго порядка относительно одного из этих векторов. Это волновое дифференциальное уравнение в частных производных может быть приведено к уравнению Гельмгольца.
2.2 Волновое уравнение описывающее распределения поля лазерного излучения в поликапилляре
Автором работы проведено моделирование распределения поля лазерного излучения в теле поликапилляра. Для этого рассматривается однородное уравнение Гельмгольца относительно электрической составляющей поля:
ЕЁ + х2Ё = 0, (2.8)
где х = ксо${(р)- поперечное волновое число, <р- угол падения волны на границу раздела сред (далее ср = п/4 ), к - 2т/2 - волновое число в среде с показате-
/ 1 А д2 д2
лем преломления - п ( п = 1,5 ), А = —г н — оператор Лапласа.
дх ду
Для того чтобы уравнение (2.8) эффективно решалось численными методами его приводят к безразмерному виду, для этого в качестве характерной длины выбран один микрон Дх0 =10 бл/, тогда х" = х/Дх0, и X =Л./Дх0 в результате имеем:
х =10бх, (2.9)
X -106Л. (2.10)
Тогда для первой производной получаем:
>э(2Л1)
дх дх дх
и далее для второй производной: