ZVUKOVYE IMPUL'SY, VOZNIKAYuShchIE PRI VOZDEYSTVII LAZERNOGO IMPUL'SA NA METALL

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучена эволюция во времени и пространстве смещения атомов решетки, возникающего при воздействии на массивный металл импульса лазерного излучения. Анализ эволюции смещения атомов позволил детально описать форму генерируемого звукового импульса. Показано, что при возбуждении звукового импульса из-за воздействия пондеромоторной силы на электроны ширина импульса определяется временем прохождения звука через скин-слой. Если генерация звука происходит из-за воздействия на решетку градиента давления электронов, то эффективная ширина акустического импульса определяется временем, за которое звук догоняет фронт теплового потока. Передача энергии от электронов к решетке приводит к уменьшению области прогрева металла, что сопровождается сокращением длительности звукового импульса до времени прохождения звука через область прогрева.

About the authors

E. A Danilov

S. A Uryupin

Email: uryupinsa@lebedev.ru

References

  1. K. L. Muratikov, A. L. Glazov, D. N. Rose, and J. E. Dumar, Photoacoustic Effect in Stressed Elastic Solids, J. Appl. Phys. 88, 2948 (2000).
  2. V. V. Kozhushko and P. Hess, Nondestructive Evaluation of Microcracks by Laser-Induced Focused Ultrasound, Appl. Phys. Lett. 91, 224107 (2007).
  3. A. L. Glazov and K. L. Muratikov, Generalized Thermoelastic Effect in Real Metals and Its Application for Describing Photoacoustic Experiments with Al Membranes, J. Appl. Phys. 128, 095106 (2020).
  4. S. Ramanathan and D. G. Cahill, High-Resolution Picosecond Acoustic Microscopy for Non-Invasive Characterization of Buried Interfaces, J. Mater. Res. 21, 1204 (2006).
  5. J. C. D. Faria, P. Garnier, and A. Devos, Non-Destructive Spatial Characterization of Buried Interfaces in Multilayer Slocks via Two Color Picosecond Acoustics, Appl. Phys. Lett. 111, 243105 (2017).
  6. O. B. Wright, Thickness and Sound Velocity Measurement in Thin Transparent Films with Laser Picosecond Acoustics, J. Appl. Phys. 71, 1617 (1992).
  7. K. E. O'Hara, X. Hu, and D. G. Cahill, Characterization of Nanostructured Metal Films by Picosecond Acoustics and Interferometry, J. Appl. Phys. 90, 4852 (2001).
  8. C. A. Pомашевский, C. И. Ашитков, В. А. Хохлов, Н. А. Иногамов, Исследование релаксации энергии в наноименее никеля после сверлокопровода нагрева электронной подсистемы фемтосекундным лазерным импульсом, TBT 62, 906 (2024).
  9. G. A. Antonelli, H. J. Maris, S. G. Malhotra, and J. M. E. Harper, Picosecond Ultrasonics Study of the Vibrational Modes of a Nanostructure, J. Appl. Phys. 91, 3261 (2002).
  10. V. Juve, A. Crut, P. Maioli, M. Pellarin, M. Broyer, N. Del Fatti, and F. Vallee, Probing Elasticity at the Nanoscale: Terahertz Acoustic Vibration of Small Metal Nanoparticles, Nano Lett. 10, 1853 (2010).
  11. R. Fuentes-Dominguez, R. J. Smith, F. Perez-Cota, L. Marques, O. Peña-Rodriguez, and M. Clark, Size Characterisation Method and Detection Enhancement of Plasmonic Nanoparticles in a Pump-Probe System, Appl. Sci. 7, 819 (2017).
  12. C. Thomsen, H. T. Grahn, H. J. Maris, and J. Tauc, Surface Generation and Detection of Phonons by Picosecond Light Pulses, Phys. Rev. B 34, 4129 (1986).
  13. C. A. Axuanos, B. Э. Гусев, Лазерное возбуждение сверлокоприкачественных импульсов: ноеме возможности в спектроскопии твердого тела, диагностике быстротропеклощаги процессов и нелинейной акустике, УФН 162, 3 (1992).
  14. O. B. Wright and V. E. Gusev, Ultrafast Generation of Acoustic Waves in Copper, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 42, 331 (1995).
  15. C. J. K. Richardson, M. J. Ehrlich, and J. W. Wagner, Interferometric Detection of Ultrafast Thermoelastic Transients in Thin Films: Theory with Supporting Experiment, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1007 (1999).
  16. O. Matsuda, M. C. Larciprete, R. Li Voti, and O. B. Wright, Fundamentals of Picosecond Laser Ultrasonics, Ultrasonics 56, 3 (2015).
  17. P. Ruello and V. E. Gusev, Physical Mechanisms of Coherent Acoustic Phonons Generation, Ultrasonics 56, 21 (2015).
  18. A. Yu. Klokov, V. S. Krivobok, A. I. Sharkov, V. A. Tsvetkov, V. P. Martovitskii, and A. V. Novikov, Acoustic Properties of Strained SiGe/Si Layers in the Sub-Terahertz Frequency Range, J. Appl. Phys. 127, 154304 (2020).
  19. K.-Yu Chou, C.-L. Wu, C.-C. Shen, J.-K. Sheu, and C.-K. Sun, Terahertz Photoacoustic Generation Using Ultrathin Nickel Nanofilms, J. Phys. Chem. C 125, 3134 (2021).
  20. E. A. Danilov and S. A. Uryupin, Terahertz Sound Generation at the Effect of a Femtosecond Pulse of Laser Radiation on a Metal, Opt. Lett. 48, 2170 (2023).
  21. T. Dehoux, M. Perton, N. Chigarev, C. Rossignol, J.-M. Rampmoux, and B. Audoin, Effect of Laser Pulse Duration in Picosecond Ultrasonics, J. Appl. Phys. 100, 064318 (2006).
  22. T. Saito, O. Matsuda, and O. B. Wright, Picosecond Acoustic Phonon Pulse Generation in Nickel and Chromium, Phys. Rev. B 67, 205421 (2003).
  23. M. Lejman, V. Shalagatskyi, O. Kovalenko, T. Pezeril, V. V. Temnov, and P. Ruello, Ultrafast Optical Detection of Coherent Acoustic Phonons Emission Driven by Superdiffusive Hot Electrons, J. Opt. Soc. Am. B 31, 282 (2014).
  24. P.-J. Wang, C.-C. Shen, K.-Y. Chou, M.-H. Ho, J.-K. Sheu, and C.-K. Sun, Studying Time-Dependent Contribution of Hot-Electron Versus Lattice-Induced Thermal-Expansion Response in Ultra-Thin Au-Nanofilms, Appl. Phys. Lett. 117, 154101 (2020).
  25. E. A. Danilov and S. A. Uryupin, Generation and Detection of Sound at the Effect of Femtosecond Pulses on a Metal Film on a Dielectric Substrate, J. Appl. Phys. 133, 203101 (2023).
  26. E. A. Danilov and S. A. Uryupin, Laser Sound Generation in a Thin Metal Film on a Dielectric Substrate, Eur. Phys. J. Plus 139, 861 (2024).
  27. IO. B. Herpon, C. A. Pомашевский, A. B. Дышлюк, B. A. Хохлов, E. M. Еганова, M. B. Поляков, C. A. Евлашин, C. И. Ашитков, O. B. Витрик, H. A. Инотамов, Аномальное пропускание светла оптически толстными пленками никеля, являющимися оптоакустическими трансфюсерами, ЖЭТФ 167, 645 (2025).
  28. V. E. Gusev, On the Duration of Acoustic Pulses Excited by Subpicosecond Laser Action on Metals, Opt. Commun. 94, 76 (1992).
  29. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, Hoboken, NJ, John Wiley & Sons (2005).
  30. W. M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press (2016).
  31. P. B. Johnson and R. W. Christy, Optical Constants of the Noble Metals, Phys. Rev. B 6, 4370 (1972).
  32. H. U. Yang, J. D'Archangel, M. L. Sundheimer, E. Tucker, G. D. Boreman, and M. B. Raschke, Optical Dielectric Function of Silver, Phys. Rev. B 91, 235137 (2015).
  33. Zh. Lin, L.V. Zhigilei, and V. Celli, Electron-Phonon Coupling and Electron Heat Capacity of Metals under Conditions of Strong Electron-Phonon Nonequilibrium, Phys. Rev. B 77, 075133 (2008).
  34. P. K. George and E. D. Thompson, The Debye Temperature of Nickel from 0 to 300°K, J. Phys. Chem. Solids 28, 2539 (1967).
  35. M. I. Kaganov, I. M. Lifshitz, and I. V. Tantarov, Relaxation between Electrons and Lattice, Sov. Phys. JETP 4, 173 (1957).
  36. S. I. Anisimov, B. L. Kapeliovich, and T. L. Perel'man, Electron Emission from Metal Surfaces Exposed to Ultrashort Laser Pulses, Sov. Phys. JETP 39, 375 (1974).
  37. K. O. Mclean, C. A. Swenson, and C. R. Case, Thermal Expansion of Copper, Silver, and Gold Below 30 K, J. Low Temp. Phys. 7, 77 (1972).
  38. G. Tas and H. J. Maris, Electron Diffusion in Metals Studied by Picosecond Ultrasonics, Phys. Rev. B 49, 15046 (1994).
  39. T. Baron and J. Collins, Thermal Expansion of Solids at Low Temperatures, Adv. Phys. 29, 609 (1980).
  40. M. A. Ordal, R. J. Bell, R. W. Alexander, L. L. Long, and M. R. Querry, Optical Properties of Fourteen Metals in the Infrared and Far Infrared: Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Mo, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, V, and W, Appl. Opt. 24, 4493 (1985).
  41. A. D. Rakic, A. B. Djurisic, J. M. Elazar, and M. L. Majewski, Optical Properties of Metallic Films for Vertical-Cavity Optoelectronic Devices, Appl. Opt. 37, 5271 (1998).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».