Введение к работе
Актуальность данной работы определяется тем, что на основе развитых в ней методов появляется возможность эффективно определять параметры и характеристики объектов атомных размеров за счет фотоотрыва электронов от отрицательных ионов и их последующего рассеяния на атомных и наноразмерных структурах во внешних электрических полях различной конфигурации. Эти новые методы позволят обобщить и развить известные ранее решения для отрыва электрона однородным монохроматическим электрическим полем на случай полей более общего типа и дадут эффективные способы расчета наблюдаемых сечений и потоков с целью развития низкоэнергетической электронной микроскопии высокого разрешения. Работа выполнена в рамках тематического плана НИР Министерства образования и науки РФ, ГРНТИ: 67.09.55, 81.09.03.
Целью исследования является развитие методов расчета интерференции электронных волн, образующихся в результате фотоотрыва электронов от отрицательных ионов с учетом их распространения в электрических полях различной конфигурации и расчет спектров электронов и фотонов, образующихся при воздействии лазерными импульсами. Основной задачей является показать, как статические электрические поля и поле лазерного излучения позволяют определять структурные характеристики атомных систем при низких энергиях электронов. Последнее обстоятельство особо важно, так как открывает возможность получения неразрушающих инструментов исследования наноразмерных объектов.
Научная новизна работы
Развита как точная, так и полуклассическая теория распространения электронных волн в электрических полях разной конфигурации. Рассмотрены конфигурации электрического поля, включающие однородное электрическое поле, а также кулоновское поле отталкивания. На основе последовательной квантовой теории, асимптотических методов и применении специальных функций получены аналитические выражения для электронных потоков на большом удалении от источника, где происходит фотоотрыв электронов от отрицательных ионов. С помощью квазиклассического подхода с использованием глобальных асимптотик развит общий метод расчета электронной интерференции, включая области каустик. Исследовано влияние спектральных характеристик исходных отрицательных ионов и лазерных импульсов на энергетические характеристики фотоэлектронов и их угловые распределения. Построена волновая функция электрона после его отрыва от отрицательного иона полем ультракороткого лазерного импульса и последовательности импульсов. Построена нестационарная версия описания процесса распространения волновых пакетов, образующихся при отрыве электронов низкочастотным лазерным полем и последующей рекомбинации на втором центре.
Поведение электрона в кулоновском поле отталкивания описывается в формализме точных функций Грина. Принципиально новым в работе является использование глобальной версии квазиклассического приближения, приближения мгновенного возмущения и ультракоротких импульсов для описания ионизирующего лазерного излучения. Все результаты диссертации являются оригинальными и отличаются новизной.
Практическая значимость работы
Результаты диссертации позволяют рассчитывать интерференционные эффекты при распространении фотоэлектронов, образующихся в результате околопорогового отрыва от отрицательных ионов полем монохроматического лазерного излучения, в однородном электрическом поле и кулоновском поле отталкивания для определения потенциалов отрыва. Сам эффект можно использовать для создания источника низкоэнергетических монохроматических электронных волн при неразрушающей голографии нанообъектов. Рассчитаны вероятности отрыва электронов внешних и внутренних оболочек отрицательных ионов H" и Li" одиночным ультракоротким лазерным импульсом и последовательностью импульсов. Они позволяют определять распределения электронной плотности по экспериментальным данным. Получена методика для экспериментального определения спектра излучения по известному сечению фотоотрыва, а также определения дисперсионной кривой сечения фотоотрыва по известному спектру лазерного импульса. Измерение спектра электронов при их отрыве последовательностью лазерных импульсов может служить для прецизионного определения порогов фотоотрыва по смещению положения узких пиков в энергетических спектрах у различных отрицательных ионов. Оценены границы применимости модели Коркума [1] перерассеяния электрона на атоме при ионизации лазерным полем. Решена задача о рекомбинационном излучении туннельного электрона на дополнительном центре.
На защиту выносятся следующие результаты и положения:
-
Соотношения для электронных токов, возникающих при фотоотрыве электрона от отрицательного иона в s - состояние при наличии внешнего кулоновского поля отталкивания, на основе точной функции Грина.
-
Квазиклассические формулы для расчета фототока в статических электрических полях с осевой симметрией.
-
Результаты расчета однофотонного отрыва электронов от отрицательных ионов одиночным широкополосным лазерным импульсом и последовательностью импульсов.
-
Теоретические соотношения и результаты расчетов отрыва электронов от отрицательных ионов ультракороткими лазерными импульсами в приближении мгновенного возмущения.
-
Модель отрыва слабосвязанного электрона низкочастотным лазерным полем с рекомбинацией на соседнем центре.
Апробация работы
Основные результаты диссертации представлялись и докладывались на следующих конференциях:
-
-
International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2010), Kazan, Russia, August 23-26, 2010, ''Atomic Photomicroscope in the Coulomb Field''.
-
VII Международная научно-практическая конференция «Перспективные разработки науки и техники - 2011», 7-15 ноября 2011 г., г. Przemysl, Польша, ''Фотоотрыв электрона широкополосным лазерным импульсом''.
-
XVIII Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных, 29 марта - 5 апреля 2012 г., г. Красноярск, ''Определение электронной структуры методом отрыва электронов ультракоротким лазерным импульсом''.
-
Всероссийская молодёжная конференция «Материалы нано-, микро-, оптоэлектронники и волоконной оптики: физические свойства и применение», 5 сентября - 10 сентября 2012 г., г. Долгопрудный, ''Когерентные эффекты в фотомикроскопии нанообъектов''. Публикации
По материалам диссертации имеется 10 публикаций, из них 4 статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК [А1 - А4] и 4 публикации в сборниках трудов конференций [А5 - А8]. Личный вклад автора
Автором лично проведены основные аналитические преобразования, численные расчёты и оценки, представленные в диссертации, а также проведено сравнение полученных в диссертационной работе результатов с экспериментальными данными и результатами других работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации составляет 126 страниц из них 113 страниц текста, включая 33 рисунка. Библиография включает 110 наименования на 13 страницах.
Похожие диссертации на Когерентные эффекты в атомной фотомикроскопии
-
