Excitation and relaxation of the electronic subsystem in solids after high energy deposition [Elektronische Ressource] / Nikita Medvedev. Betreuer: Baerbel Rethfeld

Description

ertExcitationNaturwissenscandungrelaxationRethfeldofAusspracthehenelectronicBetreuer:subsystemter:indersolids386afterakhighDoktorenergygenehmigtedepB?rbositioneitgutacDissertationDr.NikitaUrbassekA.haftlicMedv23.03.2011edeverleihVdesomademiscFGradesacderhhaftenbDissertationereicDr.helPhZwysikhderProf.THerbecM.hniscDatumhenwissenscUnivhenersit?the:KaiserslauternDzurViiAbstract∼∼2cusesdissertationTconontainsstoppingthehanismstheoreticalestudiesandpherformedtheonofthedotopictoofbakineticshighexcitationenergythedepdissipationositionmointhematter.kThe(wexcitationsorkFfowithcusesappliedontheelectronictheexci-SiOtationthatandformedrelaxationmoprotcessesstagesonosition,ultrafastexcitedtimescales.dierenEnergypre-depstartosition(electronbIytermediatemeansV),offewinThetenseerimenultrashortenergy(fembtosecond)ions,laserte-Carlopulsestheorofbelectrons,yImeanstensofsubsystemswiftdeceleratedheabvypronouncedionsandirradiationpropagationhadescribvthrougheTheaorkcertainthesimilarities:thetheitsnalplaceobservsubsystemsableDierenmaterialapplicablemoexcitationdicationsbresultted:fromIathenenergyumofbV),erfooftoproofcesses100onnallydierentotVtimescales.lighFirst,willthewithelectronicobservexcitationthebexcitationyephotoabsorptionirradia-orheabclassicalyjectoryionTMC)impactdescribtakofestheplaceproonkineticssubfemelectrontosecondoftimescales.

Sujets

• Physik

Informations

• Publié par: technische_universitat_kaiserslautern
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 20
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

ExcitationandrelaxationofhaftenM.destheZwelectroniche:subsystemGradesinDr.solidsProf.afterwissenschigherleihenergyademiscdepderositionDissertationDissertationelNikitahA.HerbMedvDatumedevhenVDomungFakachenhDoktorbNaturwissenscereicgenehmigtehBetreuer:PhB?rbysikRethfelddereitgutacTter:ecDr.hniscerthenUrbassekUnivderersit?thaftlicKaiserslauternAusspraczur23.03.2011V386iiAbstract
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dissertationcontainsthetheafteretheoreticalinstudiesthesispyerformed(inonsteps.thedelstopicshalloftala(Ahighrstenergyregime.depcannotositiononinelectronicmatter.willThehighwenergiesorkresultsfomaterialcusestheonexcitationelectronicsecondaryexci-oftationksandtherelaxationdueprodelscesseswonofultrafasttakingtimescales.materials.Energytdepsenositionfrombenergiestexcitationsandymeanswnof(visibleincomparedtenseorultrashortb(femswifttosecond)ralasertopulsesyorinitialbAuger-redistributionyearlymeansofpresenofswiftinheaevyfronionsionicirradiationofhaedvallepresenafocertainearlysimilarities:energythedepnalinobservofabletmaterialformomecdicationseresultinfromwilladescriptionTheexcitationenumthenbcuserinofelectronsproecessescomingonadierenelectrontt).timescales.bFirst,exptheations.electronichighexcitationassumedbcausedytionphotoabsorptionvyorAsymptoticalbMonyisioneimpactelectronstakimpactesjectile,placeofoncreationsubfemholes.tosecondulatetimescales.(rstThenoftheseelectronicexcitedtarget,electronsinpropagateionsandelectronicre-willdistributewntheirellenergyofinelectronicteractingisamongthethemselvwhiceseandyexcitingthroughsecondarythegenerationsTheoftelectrons.orkThiscusesttheypicallystagestaktheesdissipationplaceitsonosition,femplacetosecondthetimescales.subsystemsOnexcitedtheDierenordermoofapplicabletensdierentoexcitationhhanismsundredsbfempre-tosecondsted:thetheexcitedIelectronsstartaretheusu-ofallyenergythermalized.(electronTheofenergykexcV),hangeIwithfotheonlatticetoatomstermediatelastsofup(to100tensV),ofnallypicoseconds.doThetolatticefewtempVeratureexcitationscanlighreacThehwillmeltingepwithoineriment;observthenFthethematerialenergycoexcitationolstodoewnbandirradia-recrystalizes,withformingheatheions,nalclassicalmoTdiedjectorynanostruc-te-Carlotures,TMC)whicappliedhdescribaretheobservofedbexptheerimenoftallypro.theThekineticsproelectrons,cesseselectrononandeacofhIprevioussimsteptheformstagethetensinitialfs)conditionskineticsforthethesubsystemfollosilicawingSiOstep.)Thtracus,oftodecelerateddescribtheestoppingtheItnalbphaseshotransitionthatandwformationpronouncedoftnanostructures,excitationonethehasandtosubsystemsstartformedfromtothepropagationvelectrons,eryhbbeginningdescribandbfollomowbased~ω/Egap
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diusion).Onlatertributionearlierlasertimescales,reectstheerythermalizationthetimeectraofones.electronsdeterminationcancanbfromeparabestimatedFaswithadtimestatisticalwhenteractiontheofparticle-reectivitandelectronthetallyenergyexplainedpropagationdueturnsisfromhes:theTherefore,ballistichestolothewithdiusivectraeloone.rateAsthesotheonmoasintheerimenelectronssiliconaretothermalized,high-inoneorcanectraapplyumtheourTofwdecao(e.g.TfullyempweraturedistributionMolongdel.tallyItowillonebradiationethedemonstratedthermalized)hodemonstratedwthetoerimencomirradiationbine(visiblethetheMCosed.outputmwithallythethetwswforodescribtempsystem,eratureresultsmoagreemendel.onTheuenceresultsfemofethisthecomybinationydemonstrateirradiation.thatexpsecondaryedionizationsemittedpladiatedybaellvAeryharacteristicimpphotonortanradiativtofroleholeforthetheytracThiskofformationmainprowcess,aleadingandtoenergyenergyexpstorededintthetholeresults:subsystem.servheatThisenergyreectsstor-energyagespcausesenergyaThesignicanerimentgodelatylatedoftheheatingobservandorprolongssemiconductortheenergytimescalest),ofdellatticemmoisdicationsonupeloptoratetensdelofthepicoseconds.electronsFsubsystemorandinthetermediatetheenergiesdamage.ofeectivexcitationthe(XUV-VUVelectroniclasercpulseopticalexcitationinofomaterials)withImeasuremenappliedtransientheandMonthresholdte-Carlowithsimlaserulation,bmoapplieddiedestimatewherefreenecessarydensitandafterextendedtensitinVUVorderpulsetoFtakmetals,eerimeninobservtospaccounoftphotonstheirra-electronicaluminbandcanstructureeandwPwithauli'sresults.principletforcelectronstimewithinatheemissionconductiontoband.eIyofolicequationsshellthe(functionapplythefs),newdistributionmethoofdelectronsfornotsemiconductorsetandthermalized.fordis-metalsconsistsontexamplesoofbrancsolidlosiliconenergyandasalumindistortedum,ermi-distribution,respaectivhighelytail..theIterimenwillobservbspedemonstratedemonstratedwthatdierenforbranctheofcasetheofob-semiconductorsedhanismsthenalshellkineticemissionenergytheofwfreedistribution,electronsBremsstrahlungisectramhighuc(nonhtail.lesscomparisonthanexpthetstotalaenergyoproagreemenvidedofbcalcu-yspthewithlaserexppulse,tallydueedtoFthetheenergyofspwithenwtphotonstolighoavmoercomenamedionization"extendedpultipleotenequation"tials.propItBasedwtheasdevfoundedthatultipletheequation,nalmototaladdition-nincludesuminboferwithofphononicelectronsofexcitedlatticeballoyforadirectsingleofphotonconditionsiscrystalsignicanOurtlydellesselythanesmecdynamicsdiusiontheonsub-Abstractdynamicalerties,hangeslatticetheandpropivand.heating,Thetheconceptareofvango'eectivdetenergyexpgap'talistsinthetrotducedyforthecollectivdamageeofelectronicirradiatedexcitation,awhictosecondhpulse.Zusammenfassung
DieseDissertationde"fr?hen(100bhenescwhreubthen.theoretiscSekund?relektronenheoliscUnMa-tersucmehrerhLicungenwzurhlagHodasscMohen-eitergiedepositionositionwinmitMaterie.micDiemitScexphdurcwTerpunkteAnregungliegenDynamikaufherdendeutlicelektronisckhendieAnregungendurcsosicwienacdenhenRelaxationsprozessenhiedeneaufterscultrakurzenIcZeitskheralen.Energie),En-mittlerenergiedepletztendlicositionVdurcErgebnissehhultrakurzec(Fscemdietosekunden)te-CarloLaserpulseMithoherdurcInjektilen,tensi-dietatRedistributionoen.derhdurcAnregungsfronhSubsystemscnichnellehriebscbasierenhhwDieseereonzenIonenaufhabderendereinigedenGemeinsamkdeseiten:VDiedelle,bf?reobachehvtbarenbMaterialvceranderungen(ElektronensindedasescResultatmitdivereicerserV)Prozessederaufenigenvhersct).hiedenenerdenZeitsktellenalen.vZuerstdieregenhePhotoabsorptionBestrahlungbzw.scIoneneinscIonenhlag,heaufjectoryeinerTMC)subfemerwtosekun-wirddenonZeitskdenalaondasanf?nglicelektroniscElektro-hevSystemdiean.L?DieseescangeregtenwirdElektronenhpro-Elektronenpropagationpagieren,hervvimerteilenioniscihreDabEnergiedieunttereinander,bundwerzeugenDiusionsmecSekund?relektro-Pnen;W?rmed-diesangeschlaufen.hiehArbtkttriertypischherwdieeiseStadieninnerhalbEnergiedissipationvhonDepFinemelektronisctosekunden.SubsystemenInnerhalbangeregtenvterials.onersczehnMobisanhendbarundertunFhiedlicemAnregungen,tosekundenerdensindorgestellt:diehangeregteneginneElektronenhoinhenergetiscderAnregungRegelmitthermalisiert.kDerVEnergieaustauscbhh?ftigemithdendemGitteratomenEnergiebdauerthbisezuundzehnhPikElektronenanregungosekunden.wDieeGittertemp(siceraturtbareskhannDiedenwScmithmelzpunkterimenerreicBeobachen,tungendanacerglichF?rk?hlthosichenergetischMaterialanregungdashMaterialmitabhnellenundhrekristallisiert,erenwwirdobklassiscei"AsymptoticalesraexpMonerimen(AtellMethobveobacendet.hihrtbaredieNanostrukturenvformenElektronenkhann.EinscDievErgebnisseProeinesdiejedenheScderhrittesnen,stellenErzeugungdieonStartbundedingungenAugerf?rderdencfolgendembSchriebhrittEsdar.gezeigt,WillsicmandurcdendienaleneinePhasenhubortretendeergangtundelektroniscdieundBildunghenvbildet.oneiNanostrukturenannbElektronenpropagationeschhreibmiten,dellenmescussenmanerden,daheraufallehanismenSc(z.B.hrittearabvheoniusionsgleicBeginnung).~ω/Egap
alenberechneeinesMoemicek-hhendiePhotoThermalisierungszeitzwderthermalisierten)Elektro-ung.nen.ResultateDiesehogeltenerkl?rtalsnothermalisiert,ermivwspiegeltenndendiet),Elektronen-diesesundzuEnergiepropaga-Reektivit?ttiontevh?tzen.onminiumballistiscZeith60zuthermalisiert.diusniedriger?bDarumerwbecBremsstrahlungssphselt.zeigtNactellhdemPhotonendieorgescElektronenkthermal-hsel-isiertBedingungensind,henkungannwmanumdashZweneibTonempheraturcModurcdellcvVerwhenden.bDiehen:Wormeiter-langenveobacerarbBereiceitungmitderniedrigerMCdenErgebnisseDerimereinstimmZwundeitetenTvempheraturhesMoeitertedellfr?herwirdhdargestellthundElektronenerl?utert.EsDieh?digungErgebnissediedieserKristallerwKguteromtellenbinationhadenssczeigen,vdassestrahltemdieDicIonisierungElektronenvBestrahlungonhinSekund?relektronenLaserpulseneineerimensehrhwicektrenhestrahltemtige?nnenRolleErgebnissef?rerden.dentiscSpurbildungsprozessPhotospielt.strahlendenSiehalenf?hren(tzuisteinemderzusatzlichhenvTVermtinHauptbderVW?rmediusionsgleicinhdeformiertenung,unddercsicdiehtetenaufzwdiederimhSubsystemhalenderVL?wider,creek-herhgespceicergleicherteguteEnergiezwiscbereceziehexpt.eobacDieektren.ErnegiespdereicHalbleiternherungEnergievLicerursaceinhdelltdieeineRatengleicsignikaufantteMultiplenVberz?gerungdellderWAufheizungvunddemvdeserl?ngertlaubt,dieeineZeitskKristallsalenestimmen.umdesmehrereundDutzendung.Pikinosekunden.ereinstim-F?rexpdiedermittlerendemAnregungsenergienw(XUV-VUVderLaserpulsanregungmitvLaserpulsenonerdenMaterialien)dievherwfreierendenacicderhmitMoncte-CarlotensivSimVUVulationen,abzuscdieExpantellnoteobacwteteendigenemissionsspStellenvmobdiziertAlu-undkerwdurceitertunserewurden,gutumwdieZurelektronischarakteris-hehenBandstrukturdersoemissionwiehdasZerfallPL-ScauliLoPrinziphsfur<diefs),ElektronendieimerteilungsfunktionLeitungsbandElektroneneinzubceziehen.nicIcthollst?ndigvDieerwerteilungsfunktionendeestehdieseausneueeiMethoereicdeEinef?rerteilungHalbleiterEnergieundFMetalleeineramFBeispielerteilungveinemonHoQuarz,henergieausl?ufer.bzw.zeigenAluminium.bEshwirdSpwirdtrengezeigt,eidasshe:f?reine,Halbleitereobacdietetendg?ltigeL-SckinetiscEmission,hedieEnergieerteilungderEnergiefreiendasElektronenektrumwtierteit(nicuntterHoderhenergieauslaufer.vVomhLasereineb?bereitgest