Физический факультет МГУ

Полубесконечная среда
Плёночная модель
Линейный режим генерации
Нелинейный режим генерации
Уравнение Курамото-Сивашинского
Основные публикации

Полубесконечная среда

При взаимодействии мощных лазерных импульсов различной длительности (tp = 1011 - 103с) (при интенсивности несколько ниже порога плавления) с поверхностью твердых тел (металлов, полупроводников и полимеров) наблюдается образование специфических периодических структур рельефа поверхности, сохраняющихся после окончания импульса. Их ориентация не связана с поляризацией излучения, а определяется в случае кристаллов кристаллографической симметрией (сверхрешетки) либо симметрией распределения интенсивности лазерного поля (кольца, звезды, радиальные лучи), а также симметрией внешнего напряжения в случае изотропной поверхности. Период структур (микронный или субмикронный) не связан непосредственно с длиной волны возбуждающего излучения.

Перечисленные свойства данных структур качественно отличают их от хорошо изученных интерференционных решеток (ИР) поверхностного рельефа (или решеток диэлектрической проницаемости), возникающих вследствие неустойчивости при интерференции падающей и дифрагировавшей (поверхностной) электромагнитных волн, когда ориентация ИР определяется поляризацией излучения, а их период пропорционален его длине волны

Структуры с перечисленными выше необычными свойствами были идентифицированы в [5, 6] как новый широкий класс лазерно-индуцированных дефектно-деформационных (ДД) поверхностных структур, а неустойчивости, в результате которых они образуются, были названы в обзоре [7] генерационно-диффузионно-деформационными неустойчивостями (ГДДН) (в работах [8-10] использовался термин концентрационно-деформационно-тепловые неустойчивости).

Физический механизм возникновения ГДДН состоит в следующем [5, 6]. Лазерное излучение (в общем случае - поток частиц) генерирует в приповерхностном слое облучаемого материала большие концентрации точечных или протяженных дефектов nd (электрон-дырочных пар, вакансий, междоузлий, дислокаций, пор, примесей и др.). Флуктуационная гармоника поля упругой деформации j(r, t) = divU(r, t), где U(r, t) - вектор смещения среды, приводит к появлению деформационно-индуцированных потоков дефектов и (или) к модуляции скорости их образования за счет перенормировки энергии образования дефекта. Это является следствием ДД взаимодействия, плотность энергии которого в случае точечных дефектов в изотропной среде или в кубическом кристалле задается формулой:
плотность энергии

В результате возникает пространственно-неоднородное поле концентрации дефектов nd(r,t) (диффузионная переменная) и появляются силы, пропорциональные градиентам концентрации диффузионной переменной, деформирующие среду. С превышением критической концентрации дефектов или критической скорости их генерации эти силы вызывают нарастание исходной флуктуации деформации (обратная связь при ДД взаимодействии всегда положительна), что и приводит к развитию ГДДН с образованием упорядоченных ДД структур - кластеров дефектов, автолокализованных в созданных ими же самими деформационных ямах. Предельный случай ГДДН, когда пространственная неоднородность распределения дефектов вызвана только деформационно-индуцированными потоками, мы будем называть диффузионно-деформационной неустойчивостью (ДДН), а случай, когда играет роль лишь модуляция скорости генерации дефектов, - генерационно - деформационной неустойчивостью (ГДН).

Таким образом, система дефектов с ДД взаимодействием (Hd) внутренне неустойчива по отношению к переходу в пространственно-неоднородное состояние. По-видимому, впервые это обстоятельство было отмечено в работе [1] при анализе на устойчивость системы из двух связанных уравнений диффузии и деформации в объеме. В середине 80-х гг. идея о ДД неустойчивости была привлечена (и существенно развита) для объяснения результатов многочисленных исследований образования различных поверхностных ДД структур в твердых телах под действием лазерного излучения.

В публикации в Квантовой Электронике рассмотрены следующие основные вопросы:

  • ДД уравнения для модели упругоанизотропная пленка на субстрате в координатном представлении
  • Система кинетических ДД уравнений в модовом представлении
  • Линейный нестационарный режим ГДДН: инкремент поверхностных ДД решеток как функция направления и величины их волнового вектора
  • Межмодовое взаимодействие в нелинейном нестационарном режиме ГДДН
  • Стационарный одномодовой режим генерации ДД решетки
  • Сравнение предсказаний теории ГДДН с экспериментальными результатами по генерации ДД решеток
  • Микронные решетки абляции в растянутых полимерных пленках
  • Самоорганизация упорядоченных микро- и наноструктур на поверхности твердых тел



  © 2009–2011 Сайт лаборатории самоорганизации
Кафедры общей физики и волновых процессов
info@d-dm.ru
    Изготовление сайта
Продвижение сайта Яндекс
компания «Пиксель плюс»