Сильное возбуждение электронной подсистемы золота ультракоротким лазерным импульсом и процессы релаксации около температуры плавления
Иногамов Н.А., Хохлов В.А., Ромашевский С.А., Петров Ю.В., Овчинников М.А., Ашитков С.И.

Поступила в редакцию: 15 Сентября 2023

DOI: 10.31857/S0044451024020032

PDF (2042.8K)

Фемтосекундные импульсы широко используются в научных исследованиях и современных технологиях. При воздействии на металлы ультракороткое оптическое лазерное воздействие формирует выраженное двухтемпературное состояние с горячими электронами: где T_e и T_i - температуры электронной и решеточной подсистем. Представлены экспериментальные измерения, выполненные с помощью техники фазочувствительного или синхронного детектирования (lock-in) на объемной и пленочной (толщина 100нм) мишенях из золота. Благодаря тому, что в наших опытах частота повторений нагревающих импульсов снижена до 31Гц, нам удалось достичь температур около температуры плавления золота. Это происходит на выходе из двухтемпературной стадии в объемных мишенях. Как известно, по окончании этой стадии температуры сближаются, В объемных мишенях при наибольших достигнутых нами флюенсах пиковая электронная температура повышается до значений около 20кК. Теоретические расчеты, имеющиеся в литературе, дают определенные зависимости для параметра электрон-фононного взаимодействия α и коэффициента электронной теплопроводности κ - ключевых параметров, характеризующих двухтемпературную стадию. Наши опыты показали, что в диапазоне флюенсов с пиковыми температурами T_e выше 10кК и до 20кК измеренные значения α и κ существенно ниже тех значений, которые дают теории. Ниже этого диапазона флюенсов, т.е. когда пиковые T_e меньше 10кК, измеренные нами значения согласуются с прежними данными. Это первый результат статьи. Кроме того, показано, что на однотемпературной стадии, когда тепловая энергия, запасенная в электронах, весьма мала, имеется значительное влияние принципиально двухтемпературного коэффициента α на теплоотвод из скин-слоя. Это связано с относительно малой толщиной прогретого слоя, которая в золоте составляет величину порядка 200-300нм.