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

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

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.

Layman's description

Obiettivi: Il presente progetto si svolgerà nell'arco di due anni e si articolerà nei due punti seguenti: 1) comprensione del processo di interazione di radiazione elettromagnetica con superfici metalliche e dielettriche;2) studio della radiazione elettromagnetica diffusa dal materiale ablato al fine di mettere a punto una tecnica diagnostica dello stato dinamico degli atomi e delle molecole.Segue una descrizione dettagliata dei suddetti punti.1) Intendiamo studiare la dinamica di elettroni che in prossimità della superficie di metalli o dielettrici si trovano in presenza di un campo, di reticolo e laser, spazialmente e temporalmente periodico. A tale scopo, descrivendo la superficie come una matrice bidimensionale di buche di potenziale, ci proponiamo di studiare la dinamica degli elettroni sotto l'azione del laser e il riscaldamento della superficie. Inoltre nel corso dell'interazione fra impulso laser e superficie è probabile la formazione di un tenue plasma o di atomi altamente ionizzati la cui influenza sulla dinamica generale resta da determinare. È di notevole interesse, sia conoscitivo sia pratico, lo studio della evoluzione temporale della radiazione emessa dagli elettroni accelerati dal campo laser al fine di caratterizzare e monitorare lo stato della materia durante l'azione del laser. Il nostro gruppo è stato pioniere nell'applicazione di tecniche di trasformate di Fourier a corto raggio e di Wawelet per la comprensione dell'evoluzione temporale dello spettro di emissione. Intendiamo applicare tali tecniche alla simulazione dell'interazione radiazione-superficie per l'individuazione di una modalità di monitoraggio in tempo reale dello stato della materia.2) Nel contesto della fotoablazione sono necassarie tecniche spettroscopiche in grado di monitorare e fornire indicazioni sullo stato cinematico e dinamico di atomi, molecole e nanostrutture. È ben noto che cariche accelerate emettono radiazione elettromagnetica la cui potenza, data dalla formula classica di Larmor, è proporzionale al modulo quadro dell’accelerazione. A causa del legame fra spettro emesso e accelerazione (grandezza fisica locale) le caratteristiche fisiche della radiazione emessa, quali intensità, spettro e grado di polarizzazione sono profondamente influenzate dal comportamento istantaneo delle cariche e quindi dalla natura delle forze presenti. Attraverso tecniche di analisi Wavelet dello spettro della radiazione emessa siamo stati in grado di ottenere informazioni sulla funzione d'onda elettronica e sullo stato rotovibrazionale di semplici molecole. Intendiamo applicare lo stesso meccanismo di analisi alla radiazione diffusa dal materiale fotoablato per studiare l'eccitazione dei gradi di libertà interni ed esterni delle molecole o delle eventuali nanostrutture presenti al fine di caratterizzare le proprietà del materiale depositante. Si otterrebbe così un potente metodo di osservazione in tempo reale delle condizioni del materiale con possibilità immediate di controllo del processo di produzione.
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva11/30/0411/30/06