利用雙溫度方程和Richardson方程模擬了飛秒脈沖激光誘導金屬產生的超快熱電子發(fā)射,對有無外加電場情況下的超快熱電子發(fā)射進行了比較。結果發(fā)現(xiàn):飛秒激光誘導熱電子發(fā)射的持續(xù)時間在亞皮秒量級,隨著電場強度的增加,熱電子發(fā)射效率明顯提高,外加的電場可以增強激光誘導金屬表面的熱電子發(fā)射,施加的電場降低了金屬表面的電子逸出勢,相當于降低了金屬表面的功函,從而提高了熱電子發(fā)射效率;但在較高的激光能量密度下,隨著激光能量的增加,熱電子發(fā)射的增加變得非常緩慢,這是由于大量逸出的電子在金屬表面產生空間電荷效應,阻止電子逃離金屬表面。這個結果有助于理解超快電子熱行為的機理,并改進超快熱電子發(fā)射系統(tǒng)。 

【文章來源】：黑龍江大學自然科學學報. 2020,37(01)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

銅表面處電子和晶格溫度隨著延遲時間的變化 (激光能量密度: 100 mJ·cm-2)

電場強度分別為0.001、0.01、0.1和0.5 V·nm-1時,熱電子發(fā)射隨著時間的變化關系如圖2所示�？梢钥闯�,熱電子發(fā)射的持續(xù)時間在亞皮秒量級。比較無電場和有電場情況下的熱電子發(fā)射,可見隨著電場強度的增加,熱電子發(fā)射的峰值強度明顯提高。飛秒激光誘導熱電子發(fā)射可以簡單地分為兩步:(1) 在飛秒脈沖持續(xù)時間內,金屬中的自由電子吸收激光能量,電子迅速獲得極高的溫度,而晶格溫度幾乎保持不變;(2) 高溫的電子克服金屬表面的束縛,產生熱電子發(fā)射,同時,金屬內的電子通過電子晶格之間的耦合將從能量轉移到晶格,電子溫度降低,這使得電子沒有足夠的能量去克服勢壘,熱電子發(fā)射截止。在電場加強的熱電子發(fā)射里,引入一個附加電場相當于降低金屬表面的電子逸出勢,這樣更多的電子能從金屬表面逃逸從而產生更高的電流。圖3 有無電場下最大熱電子發(fā)射(左軸)和加強比(右軸)隨著激光能量密度的變化,電場強度分別為0.001 V·nm-1 (a)、0.01 V·nm-1 (b)、0.1 V·nm-1 (c) 和0.5 V·nm-1 (d)

圖2 在同樣激光能量密度(100 mJ·cm-2)下熱電子發(fā)射隨著延遲時間的變化,電場強度分別為0.001 V·nm-1 (a)、0.01 V·nm-1 (b)、0.1 V·nm-1 (c)和0.5 V·nm-1 (d)圖4 銅樣品表面處最大電子溫度隨著

【參考文獻】：
期刊論文
[1]超快激光脈沖作用下金薄膜溫度和介電函數(shù)變化的研究[J]. 任世為,吳文智.  黑龍江大學工程學報. 2017(04)



本文編號：3227804