Femtoszekundumos felületi plazmonok által keltett elektronnyalábok vizsgálata



Hasonló dokumentumok
ATTOSZEKUNDUMOS IMPULZUSOK

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Oxidkristályok lineáris terahertzes spektroszkópiai vizsgálata. Unferdorben Márta

Prizmás impulzuskompresszorok hômérsékleti stabilitásának modellezése

A projekt eredetileg kért időtartama: 2002 február december 31. Az időtartam meghosszabbításra került december 31-ig.

Válasz Dr. Koppa Pál bírálatára

Nemlineáris és femtoszekundumos optika Szakmai záróbeszámoló OTKA K 47078

Ultrarövid lágy röntgen impulzusok vizsgálata Részletes jelentés

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Femtoszekundumos felületi plazmonok által keltett elektronnyalábok vizsgálata. Ph. D. tézisfüzet. Rácz Péter

Fókuszált fénynyalábok keresztpolarizációs jelenségei

Lumineszcencia Fényforrások

Nagyenergiájú terahertzes impulzusok előállítása és alkalmazása (az ELI-ALPS-ban) Lehetőségek és kihívások

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Optika. Kedd 16:00 Eötvös-terem

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

SPECIÁLIS EXCIMER LÉZEREK

Plazma tükrök teljes karakterizálása valamint egylövéses hordozó-burkoló fázis detektor kifejlesztése. Wittmann Tibor

SZABADALMI LEÍRÁS. (21) A bejelentés ügyszáma: P (22) A bejelentés napja:

Válasz Dr. Richter Péter bírálatára

Lézerimpulzusok vivőhullám-burkolófáziscsúszásának. optikai módszerrel

Attoszekundumos impulzusok keltése és alkalmazásai

Laser / lézer. Egy kis történelem. Egy kis történelem. Egy kis történelem Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

vizsgálata többszintű modellezéssel

Femtokémia: a pikoszekundumnál rövidebb reakciók kinetikája. Keszei Ernő, ELTE Fizikai Kémiai Tanszék

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Gerhátné Udvary Eszter

LINEÁRIS OPTIKAI MÓDSZER VIVÔ-BURKOLÓ FÁZIS CSÚSZÁSÁNAK MÉRÉSÉRE Jójárt Péter 1, Börzsönyi Ádám 1, Osvay Károly 1,2 1

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

Az Orvosi Fizika Szigorlat menete a 2012/2. tanévtől

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Szeretném megköszönni opponensemnek a dolgozat gondos. 1. A 3. fejezetben a grafén nagyáramú elektromos transzportját vizsgálja és

Fúziós elrendezések. Direkt összenyomás lézerrel. Indirekt összenyomás röntgennel

Abszorbciós spektroszkópia

Optoelektronikai Kommunikáció. Optikai alapismeretek


1. Ha két közeg határfelületén nem folyik vezetési áram, a mágneses térerősség vektorának a(z). komponense folytonos.












3. RADIOAKTÍV MINTÁK AKTIVITÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA

A nagyenergiás neutrínók. fizikája és asztrofizikája

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Terahertzes óriásimpulzusok az ELI számára

Az ELI projekt ( szuperlézer ) Dombi Péter

Részletes szakmai beszámoló

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Új lehetőségek az akác faanyag hidrotermikus kezelésénél

Röntgenkeltésű foto- és Auger-elektron spektrumok modellezése klaszter molekulapálya módszerrel. Cserny István

XXV. ELEKTROMOS VEZETÉS SZILÁRD TESTEKBEN

Bordács Sándor doktorjelölt. anyagtudományban. nyban. Dr. Kézsmárki István Prof. Yohinori Tokura Prof. Ryo Shimano

F1404 ATOMMAG- és RÉSZECSKEFIZIKA

Rutherford-féle atommodell

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

A femtoszekundumos lézerektől az attoszekundumos fizikáig

Lézerek és alkalmazásai, lézerfizikai kutatások Szegeden

FÉNYT KIBOCSÁTÓ DIÓDÁK ALKALMAZÁSA A KÖZÉPISKOLAI FIZIKAOKTATÁSBAN


L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

Rugalmas elektronszórás; Recoil- és Doppler-effektus megfigyelése

NE FELEJTSÉTEK EL BEÍRNI AZ EREDMÉNYEKET A KIJELÖLT HELYEKRE! A feladatok megoldásához szükséges kerekített értékek a következők:

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

Zelio Time időrelék. Katalógus 2012

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Impulzushossz és hőmérséklet hatásai nagyenergiájú lítium-niobát alapú terahertzes forrásokra.

Ezeket az előírásokat az alábbiakban mutatjuk be részletesebben:

VÍZGŐZKONCENTRÁCIÓ-MÉRÉS DIÓDALÉZERES FOTOAKUSZTIKUS MÓDSZERREL

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 22. Kvantumradír

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Biofizika tesztkérdések

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

Mit mond ki a Huygens elv, és miben több ehhez képest a Huygens Fresnel-elv?

E E E W. Előszó. Kifejtés

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

Abszorpciós fotometria

Lézerek. A lézerműködés feltételei. Lézerek osztályozása. Folytonos lézerek (He-Ne) Impulzus üzemű lézerek (Nd-YAG, Ti:Sa) Ultrarövid impulzusok

EBSD-alkalmazások. Minta-elôkészítés, felületkezelés

A HÚZÓSOK NYOMTASSÁK KI ÉS HOZZÁK MAGUKKAL A RÁJUK VONATKOZÓ TÉTELEKET. A KIHÚZOTT TÉTELT (CSAK AZT) MAGUKNÁL TARTHATJÁK A FELKÉSZÜLÉS ALATT.

Milyen eszközökkel figyelhetők meg a világ legkisebb alkotórészei?

Mössbauer Spektroszkópia

17. Kapcsolok. 26. Mit nevezünk crossbar kapcsolónak? Egy olyan kapcsoló, amely több bemenet és több kimenet között kapcsol mátrixos módon.

Lumineszcencia alapjelenségek

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

A készülék leírása Energiaellátás A VivaLight polarizált fényt elõállító lámpa A cserélhetõ polarizációs színszûrõ eltávolítása illetve felhelyezése

kapillárisok vizsgálatából szerzett felületfizikai információk széleskörűen alkalmazhatók az anyagvizsgálatban, vékonyrétegek analízisében.

Átírás:

Femtoszekundumos felületi plazmonok által keltett elektronnyalábok vizsgálata Ph. D. házi védés Rácz Péter Témavezető: Dombi Péter

Felületi plazmonok Propagáló felületi plazmon Lokalizált felületi plazmon

Ultragyors plazmonika - motivációk Ultragyors nanoplazmonika (Stockman, Nature Phot. 1 (2007)) PEEM Ultragyors aktív plazmonika (MacDonald, Nature Phot. 3, 55 (2009)) +ultragyors elektron források, pumpa próba mérési eljárások stb. Atto impulzusok keltése nanostrukturált felületről (Kim, Nature 453, 757 (2008)) 10 fs

Felületi plazmonos fotoemisszió és elektrongyorsítás folyamatának szemléltetése 1. Felületi plazmontér keltése Kretschmann elrendezésben 2. Plazmontér által indukált fotoemisszió (többfotonos illetve alagút emisszió ) 3. Szabad elektronok gyorsítása a felületi plazmon lecsengő terében E SP (z,t) ~ ηe laser (t) exp(-α z)

Forrás: S. E. Irvine

Irodalmi áttekintés Kretschmann elrendezésben és rács alkalmazásával 10 fs 150 fs impulzushossznál 8 GW/cm 2-40 TW/cm 2 intenzitás 40 ev - ~ kev energiájú elektronok 1-4 Az alkalmazott modellek túlságosan egyszerűek voltak, vagy nagy számolásigényűek 1 J. Zawadzka et al., APL 79, 2130 (2001). 2 J. Kupersztych et al., PRL 86, 5180 (2001). Irvine et al. 3 PRL 93, 184801 (2004) és 4 APL 86, 264102 (2005)

Célkitűzések Egyszerűsített modell megalkotása a felületi plazmonos elektrongyorsításra Új jelenségek vizsgálata saját modellel (kontroll lehetőségek, elektrongyorsítás skálázási tulajdonságai ) Kísérletek megvalósítása extrém rövid (5-7 fs-os) lézerimpulzusokkal Ultrarövid felületi plazmon hullámcsomagok időfeloldott méréseinek kiértékelése

Tartalom Felületi plazmonos elektrongyorsítás saját modelljének eredményei Modell megvalósítása Elektronnyaláb kontrollja Nemponderomotoros elektrongyorsítás plazmontérben Kísérletek Kevés ciklusú impulzusok alkalmazása Ultrarövid plazmonok időfeloldott mérése

A plazmonos elektrongyorsítás modelljének elemei 1. A felületi plazmon terének felírása analitikus alakban 2. A plazmontér hatására bekövetkező fémfelületi elektronemisszió 3. Elektronmozgás, trajektóriák meghatározása

z (m) z (μm) 1 E B (x,t) exp A plazmon terének felírása 2ln(2) x cos c n p 0 4 2 c n p t 2 exp 4ln(2) w x sin 2 0 4 2 sp Ez ( x, z, t) ηe0 EB( x, t)cos k0 x cos 4 0t 0 exp( αz) sp Ex ( x, z, t) ηae0 EB( x, t)cos k0 x cos 4 0t 2 0 exp( αz) (a) 1 (b) x (m) x (μm) 1 S. E. Irvine Ph.D. University of Alberta 2006

Keletkezési ráta 2 Az elektronemisszió leírása Kis intenzitásoknál többfotonos átmenet: a keletkezési valószínűség I n Nagy intenzitás - alagútemisszió: több alagutazási formula ismert az általam használt Fowler-Nordheim összefüggés: keletkezési valószínűség E( x, t) 2 exp 1 E( x, t) 1.0 0.8 A tér burkolója Három fotonos emisszió Alagútemisszió 0.6 0.4 0.2 0.0-6.0x10-15 -4.0x10-15 -2.0x10-15 0.0 2.0x10-15 4.0x10-15 6.0x10-15 t (s)

3 Az elektronmozgás / trajektóriák 12 0 = 5 fs 60 0 = 30 fs 10 50 8 40 t (fs) 6 30 t (fs) 4 20 2 0-25 -20-15 -10 x (nm) -5 0 0,0 2,5 10,0 7,5 5,0 z (nm) 10 0-60 -40 x (nm) -20 0 0 10 40 30 20 z (nm)

Elektrongyorsítás az alagútemissziós tartományban, és az alagutazási időtől való függés = 150 as = 600 as (E max = 5,8 10 10 V/m ) P. Dombi, P. Rácz, B. Bódi Laser and Particle Beams 27, 291 296 (2009)

Extrém rövid lézerimpulzusok vivő-burkoló fázisa

kinetikus energia (ev) Elektrongyorsítás fázisstabilizált keltőimpulzusok esetén Elektronpályák a vivő-burkoló fázis függvényében 20 VB = /2 10 VB =3 /2 Elektronenergiák a keletkezési idő függvényében 0-10 -20-5 0 5 idõ (fs) φ VB = π/2 φ VB = 3π/2 Elektron spektrumok a vivő-burkoló fázis függvényében (E max = 5,8 10 10 V/m )

Az elektronemissziós tartomány méretének hatása, nanolokalizált emisszió Teljes emissziós tartomány Emissziós tartomány mérete: 300 nm

maximális kinetikus energia (ev) exponens Nemponderomotoros elektrongyorsítás evaneszcens elektromágneses térben Ponderomotoros potenciál: U p 2 e E 4m 2 0 2 70 60 50 40 30 20 10 Maximális elektronenergiák skálázása a maximális térerősség függvényében optikai ciklusok száma 50 fs ~E max 2,21 0 1x10 10 2x10 10 3x10 10 4x10 10 5x10 10 maximális térerõsség (V/m) 0 10 20 30 40 2,30 2,25 2,20 2,15 2,10 2,05 2,00 0 20 40 60 80 100 impulzushossz (fs) P. Rácz, P. Dombi, Phys. Rev. A 84, 063844 (2011).

Tartalom Felületi plazmonos elektrongyorsítás saját modelljének eredményei Modell megvalósítása Elektronnyaláb kontrollja Nemponderomotoros elektrongyorsítás plazmontérben Kísérletek Kevés ciklusú impulzusok alkalmazása Ultrarövid plazmonok időfeloldott mérése

Kísérletek során alkalmazott módszerek Vivő- burkoló fázis függés méréséhez fázisstabilizált erősített lézerrendszer (Institut für Photonik, Technische Universität Wien) Plazmon gerjesztés Kretschmann elrendezésben Vákuumablak a becsatoláshoz alkalmazott prizma Elektronspektrószkópia retardáló potenciál módszerrel

Elektronspektrumok intenzitásfüggése és a vivő-burkoló fázisérzékenység mérése vivõ-burkoló fázis (rad) relatív gyakoriság relatív gyakoriság Elektronspektrumok az intenzitás függvényében 10 0 10-1 90 GW/cm 2 800 GW/cm 2 1350 GW/cm 2 Kevés ciklusú impulzusokkal ~kev energiájú elektronok 1,0E0 relatív gyakoriság 4,6E-1 2,2E-1 1,0E-1 4,6E-2 2,2E-2 1,0E-2 1 10-2 10-1 10-2 10-3 10-4 (a) 0 200 400 600 800 kinetikus energia (ev) Nem volt megfigyelhető vivő-burkoló fázis függés 2 3/2 (a) 10 0 10-1 = (b) = /2 = = 3 /2 /2 P. Rácz,et al. Appl. Phys. Lett. 98, 111116 (2011). 0 0 20 40 60 80 100 kinetikus energia (ev) 10-2 0 20 40 60 80 100 kinetikus energia (ev)

A pásztázó alagútmikroszkóp alkalmazásával mért felületi érdesség: 2,8 nm rms Ezt a felületi érdességet feltételezve az alacsony fázis kontraszt reprodukálható Magyarázat: felületi érdesség hatása a plazmon térre és azon keresztül az elektron pályákra (a) (b) (c) ábra S. E. Irvine

fotoáram (relatív egység) Ultrarövid felületi plazmonok időfeloldott vizsgálata felületi autokorrelációs mérések kiértékelésével Kísérleti elrendezés megvalósítása: 10 2 10 1 4.05 0.11 ~I A kilépési munka ezüst esetén: ~4,8 ev Foton energia 800 nm-es hullámhossznál 1,5 ev Az autókorrelációs méréshez használt nemlineáris folyamat : 4-fotonos fotoemisszió 10 0 0,1 1 inenzitás (GW/cm 2 )

fotoáram (relatív egység) Mért 5 fs-os lézerimpulzus negyedrendű autokorrelációs függvénye 1,0 (a) (b) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 (fs) -20-15-10-5 0 5 10 15 20 P. Dombi, S. E. Irvine, P. Rácz et al. Opt. Express 23, 24206 (2010).

elektromos térerõsség (t. e.) 1 2 3 1 2 3 ábra S. E. Irvine-tól Vákuumpárologtatott felület (2,8 nm rms felületi érdesség) 20 30 40 50 60 idõ (fs) Plazmon tér 3 tipikus időbeli lefutása a felület különböző pontjain Felületi plazmon impulzushosszak: 5,6 9 fs között Az autokorrelációs mérés teljes (illesztési paraméter nélküli) szimulációja plazmonbecsatolás, felületi érdesség stb. figyelembevételével Bizonyíték kevés ciklusú felületi plazmon hullámcsomagokra

fotoáram (relatív egység) Mért Rekonstrukció 1,0 (a) (b) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 (fs) -20-15-10-5 0 5 10 15 20 Az autokorrelációs mérés teljes (illesztési paraméter nélküli) szimulációja plazmonbecsatolás, felületi érdesség stb. figyelembevételével Bizonyíték kevés ciklusú felületi plazmon hullámcsomagokra P. Dombi, S. E. Irvine, P. Rácz et al. Opt. Express 23, 24206 (2010).

Összefoglalás egyszerű, pontos modell felületi plazmonos elektrongyorsításra alagútemissziós tartomány vizsgálata elsőként (eddigi modellekben csak többfotonos emisszió) az elektronspektrumok kontrollja vivő-burkoló fázissal és nanolokalizált emisszióval folyamat nemponderomotoros aspektusának kimutatása plazmonos elektrongyorsítás kísérleti vizsgálata fázisstabilizált lézerimpulzusokkal ultrarövid plazmon hullámcsomagok dinamikája

Publikációs lista A tézispontokhoz köthető publikációk [1] P. Dombi, P. Rácz, B. Bódi, Laser and Particle Beams 27, 291 296 (2009) [2] P. Rácz and P. Dombi, Phys. Rev. A 84, 063844 (2011). [3] P. Rácz, S. E. Irvine, M. Lenner, A. Mitrofanov, A. Baltuska, A. Y. Elezzabi, P. Dombi, Appl. Phys. Lett. 98, 111116 (2011). [4] P. Dombi, S. E. Irvine, P. Rácz, M. Lenner, N. Kroó, G. Farkas, A. Mitrofanov, A. Baltuska, T. Fuji, F. Krausz A. Y. Elezzabi, Opt. Express 23, 24206-24212 (2010). További publikációk [5] P. Dombi and P. Rácz, Proc. SPIE 6892, 1J (2008) [6] P. Dombi and P. Rácz, Opt. Express 16, 2887 (2008), [7] P. Dombi, P. Rácz, M. Lenner, V. Pervak, F. Krausz Opt. Express 17, 20598 (2009). [8] M. Lenner, P. Rácz, P. Dombi, G. Farkas and N. Kroó, Phys. Rev. B 83, 205428 (2011).

Köszönöm a figyelmet!

Nemponderomotoros gyorsítás kevés ciklusú impulzusok esetén

relatív gyakoriság relatív gyakoriság relatív gyakoriság Két modell eredményeinek összehasonlítása A Maxwell-egyenletekkel számolt tér alapján kapott spektrumok: Általam kapott spektrumok 1.0 0.8 0.6 0 = 30 fs 1.9 x 10 9 V/cm 2.7 x 10 9 V/cm 3.7 x 10 9 V/cm 0.4 0.2 0.0 0 1 2 3 4 kinetikus energia (kev) 1.0 0.8 0 = 5 fs E 0,sp = 1.8 x 1011 V/m 1.0 0.8 0 = 5 fs E 0,sp = 1.8 x 1011 V/m 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 kinetikus energia (kev) 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 kinetikus energia (kev) Forrás: S. E. Irvine, doktori disszertáció, University of Alberta, 2006

relatív gyakoriság relatív gyakoriság Elektrongyorsítás többfotonos emissziót feltételezve, = 5 fs E SP = 2 10 10 V/m, Szög-energiaeloszlás Hely szerinti eloszlás 1,0 0,5 150 120 90 60 30 1,0 0,8 teljes spektrum 0,0 0,5 180 210 0 330 0,6 0,4 0,2 1,0 240 270 300 teljes szögeloszlás 0,0 0 2 4 6 8 kinetikus energia (ev)

relatív gyakoriság relatív gyakoriság 1 0,1 VB = /2 VB = 3 /2 0,01 1E-3 1E-4 1E-5 1E-6 0 10 20 30 40 50 60 kinetikus energia (ev) 1 ee l 2mW b 1 0,1 t = 0 as t = 150 as 0,01 1E-3 1E-4 1E-5 1E-6 0 10 20 30 40 50 60 kinetikus energia (ev)