MODELLIZZAZIONE DELL'INTERAZIONE LASER-TARGET PER LA FORMAZIONE DI NANOSTRUTTURE

Impulsi laser focalizzati su superfici metalliche o dielettriche producono effetti di diversa natura a seconda del valore dell'intensità della radiazione incidente. Per valori del campo elettrico di picco non molto alti gli esperimenti mostrano estrazione di elettroni dalla superficie con energia pari anche a diverse centinaia di volte l'energia dei fotoni del laser [1,2,3,4,5]; lo spettro in energia degli elettroni in alcuni casi presenta picchi di assorbimento multifotonico, in altri casi ha natura apparentemente termica, come se l'estrazione avvenisse per riscaldamento da parte del laser, per effetto termoionico. La descrizione di un tale fenomeno è particolarmente difficile per la natura complessa degli elementi interagenti ma fondamentale per la comprensione dell'interazione fra radiazione elettromagnetica e superfici. Al momento sembra che l’emissione sia frutto della struttura a bande dei livelli energetici dei conduttori [5]. Tuttavia resta da capire la dipendenza dell'energia cinetica massima misurata dalla profondità di penetrazione del campo nel corpo del conduttore. A intensità del laser più elevate l’interazione fra superficie e radiazione elettromagnetica dà luogo alla generazione di armoniche della frequenza di pompa il cui ordine può raggiungere anche il valore di cento [6,7,8,9,10,11]. Le caratteristiche della radiazione forniscono informazioni sulle condizioni locali della materia da dove origina l’emissione. Gli effetti sopra descritti rappresentano esempi paradigmatici di interazione non lineare fra materia e radiazione elettromagnetica che tuttavia nei solidi ha natura qualitativamente diversa dai corrispondenti effetti in gas rarefatti. Anche da singoli atomi, infatti, si ha estrazione multifotonica di elettroni e generazione di armoniche di alto ordine (fino a 300, sebbene con campi più intensi) però in presenza di superfici il comportamento collettivo diviene preponderante; da questo punto di vista gli effetti descritti rappresentano un interessante campo, sia sperimentale sia teorico, per la comprensione dell'interazione non lineare fra radiazione e materia. Per intensità ancora più elevate i processi di sputtering e di fotoablazione divengono importanti; in questo caso, attraverso complessi meccanismi, atomi e molecole spesso altamente ionizzati vengono rimossi dalla superficie bersaglio e possono depositarsi in sottili pellicole su altre superfici preventivamente riscaldate [12]. Tutti gli effetti sopra descritti trovano naturale impiego nel campo applicativo della progettazione di nano dispositivi per la generazione di radiazione elettromagnetica ad alta frequenza.