talk: Фотоионизация фуллеренов ультракороткими

XIX Международная научная конференция молодых ученых и специалистов
к 100-летию Ф.Л. Шапиро
Фотоионизация фуллеренов
ультракороткими электромагнитными
импульсами
Докладчик: Сахно С.В., аспирант МФТИ
Научный руководитель: Астапенко В.А., д.ф.-м.н., профессор МФТИ
Дубна
16-20 февраля 2015 г.
Актуальность
Развитие технологии генерации ультракороткими
электромагнитными импульсами (УКИ) делает актуальным
вопрос об их взаимодействии с нанообъектами.
Цель работы
Исследование процесса фотоионизации фуллеренов С60 и С240
УКИ. Основное внимание уделено анализу зависимости
вероятности процесса от длительности импульса.
Метод расчета
Вероятность фотопроцесса в единицу времени:
𝑤=
𝐼 𝜔
𝜎 𝜔
𝑑𝜔
ћ𝜔
, где
𝜎(𝜔) – сечение фотопоглощения,
I(𝜔) – спектральная интенсивность излучения.
Ультракороткие импульсы - ωτ ~ 1
При рассмотрении УКИ такое описание неприменимо (усреднение
по времени t I(ω), для которого ωt >> 1)
Метод расчета
Вероятность процесса за все время действия ультракороткого
импульса:
𝑐
𝑊𝑡𝑜𝑡 =
(2𝜋)2
∞
0
|𝐸(′)|2
𝜎𝑝ℎ (′)
𝑑′
ћ′
где 𝜎𝑝ℎ (′) – сечение фотопоглощения, 𝐸 ′ – Фурье-образ
УКИ
При рассмотрении процесса фотоионизации выражение для
полной вероятности поглощения записывается следующим
образом:
∞
2
𝑊𝑖 =
𝑐
(2𝜋)2
𝜎𝑝ℎ (′)
𝐼𝑡ℎ
|𝐸(′)|
𝑑′
ћ′
Где 𝐼𝑡ℎ - потенциал ионизации
𝑊𝑡𝑜𝑡 , 𝑊𝑖 < 1
Метод расчета
Форма импульса излучения описывается скорректированным
гауссовым импульсом (СГИ):
𝐸𝑐𝑜𝑟 𝑡 = 𝑅𝑒 −𝑖𝐸0
𝑖𝑡
1+ 2
𝜔𝑡
1+
2
1
𝜔𝜏
+
1
𝜔𝜏
2
exp(−𝑡 2 /2𝜏 2 )exp(𝑖𝜔𝑡 + 𝑖𝜑)
2
Фурье-образ СГИ:
𝐸𝑐𝑜𝑟
𝜋 𝜔′2 𝜏 2
−𝑖𝜑−
′
𝜔 , 𝜔, 𝜏, 𝜑 = 𝑖𝐸0 𝜏
𝑒
2 1 + 𝜔2𝜏 2
𝐸𝑐𝑜𝑟 𝜔′ = 0 = 0
𝜔−𝜔′
2 𝜏2
2
−𝑒
𝑖𝜑− 𝜔+𝜔′
2 𝜏2
2
Метод расчета
Квадрат модуля Фурье-образа СГИ имеет вид:
2 ′2
π
τ
ω
|Ecor (ω′)|2 = E02 τ2
2 1 + τ2 ω2
2
х exp − ω − ω′ 2 τ2 + exp − ω + ω′ 2 τ2
х
х 1 − sech(2ωω′ τ2 )cos(2φ)
Е0 = 0.001 ат.ед. (5*10^6 В/см)
Для удобства анализа имеем в виду следующие выражения:
𝑐 𝜎𝑝ℎ (𝜔) 2
𝑊=
Ε0 𝜏
8 𝜋 ћω
при ωτ >> 1
Число циклов n воздействующего излучения:
𝑛=
Δ𝑡𝑝
𝑇
𝜔𝜏
𝜋
=2
Сечение фотоионизации , Мбарн
Метод расчета
Энергия фотона, эВ
С60
С240
Возбуждаемый
плазмон
Центральная
частота, эВ
Ширина, эВ
Низкочастотный
Высокочастотный
Низкочастотный
Высокочастотный
16,0
37,5
12,0
34,0
2,97
8,83
1,10
9,59
M. McCune, et all, Plasmon–plasmon coupling in nested fullerenes: photoexcitation of interlayer plasmonic cross modes.
// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44 241002 (5pp) (2011)
Обсуждение результатов
𝑊𝑖
∆=
𝜔 − 𝜔0
𝜔0
n
Фуллерен С60, низкочастотный плазмон 16,0 эВ: сплошная кривая ∆ = 5%; точечная
кривая ∆ = 15%; штриховая кривая ∆ = 30%. Штрихпунктирная кривая монохроматический режим для относительной частотной отстройки ∆ = 30%.
Обсуждение результатов
𝑊𝑖
∆=
𝜔 − 𝜔0
𝜔0
n
Фуллерен С60, высокочастотный плазмон 37,5 эВ: сплошная кривая ∆ = 5%;
точечная кривая ∆ = 15%; штриховая кривая ∆ = 20%. Штрихпунктирная кривая –
монохроматический режим для относительной частотной отстройки ∆ = 5%.
Обсуждение результатов
𝑊𝑖
∆=
𝜔 − 𝜔0
𝜔0
n
Фуллерен С240, низкочастотный плазмон 12,0 эВ: сплошная кривая ∆ = 5%;
точечная кривая ∆ = 15%; штриховая кривая ∆ = 30%. Штрихпунктирная кривая монохроматический режим для относительной частотной отстройки ∆ = 30%.
Обсуждение результатов
𝑊𝑖
∆=
𝜔 − 𝜔0
𝜔0
n
Фуллерен С240, высокочастотный плазмон 34,0 эВ: сплошная кривая ∆ = 5%;
точечная кривая ∆ = 15%; штриховая кривая ∆ = 20%. Штрихпунктирная кривая монохроматический режим для относительной частотной отстройки ∆ = 20%.
Выводы
Рассчитана и проанализирована полная вероятность фотоионизации
фуллеренов С60 и С240 ультракороткими электромагнитными импульсами
скорректированное гауссовой формы как функция длительности импульса:
1) При длительностях импульсов излучения более 3 циклов зависимость имеет
линейный по величине длительности импульса характер
2) При меньших длительностях зависимость нелинейная, причем при больших
отстройках от несущей частоты (несколько десятков процентов) возникает
выраженный максимум
3) Показано, что выражение для полной вероятности фотоионизации находится
в соответствии с формулой вероятности фотоионизации при больших
длительностях излучения, когда ω >> 1.
Благодарю за внимание!
Сахно Сергей Владимирович
[email protected]
+7 (916) 770-18-65