电场作用下飞秒激光辐照金属的超快热电子发射研究

发布时间：2021-06-13 15:36

　　利用双温度方程和Richardson方程模拟了飞秒脉冲激光诱导金属产生的超快热电子发射,对有无外加电场情况下的超快热电子发射进行了比较。结果发现:飞秒激光诱导热电子发射的持续时间在亚皮秒量级,随着电场强度的增加,热电子发射效率明显提高,外加的电场可以增强激光诱导金属表面的热电子发射,施加的电场降低了金属表面的电子逸出势,相当于降低了金属表面的功函,从而提高了热电子发射效率;但在较高的激光能量密度下,随着激光能量的增加,热电子发射的增加变得非常缓慢,这是由于大量逸出的电子在金属表面产生空间电荷效应,阻止电子逃离金属表面。这个结果有助于理解超快电子热行为的机理,并改进超快热电子发射系统。 

【文章来源】：黑龙江大学自然科学学报. 2020,37(01)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

铜表面处电子和晶格温度随着延迟时间的变化 (激光能量密度: 100 mJ·cm-2)

电场强度分别为0.001、0.01、0.1和0.5 V·nm-1时,热电子发射随着时间的变化关系如图2所示。可以看出,热电子发射的持续时间在亚皮秒量级。比较无电场和有电场情况下的热电子发射,可见随着电场强度的增加,热电子发射的峰值强度明显提高。飞秒激光诱导热电子发射可以简单地分为两步:(1) 在飞秒脉冲持续时间内,金属中的自由电子吸收激光能量,电子迅速获得极高的温度,而晶格温度几乎保持不变;(2) 高温的电子克服金属表面的束缚,产生热电子发射,同时,金属内的电子通过电子晶格之间的耦合将从能量转移到晶格,电子温度降低,这使得电子没有足够的能量去克服势垒,热电子发射截止。在电场加强的热电子发射里,引入一个附加电场相当于降低金属表面的电子逸出势,这样更多的电子能从金属表面逃逸从而产生更高的电流。图3 有无电场下最大热电子发射(左轴)和加强比(右轴)随着激光能量密度的变化,电场强度分别为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)

图2 在同样激光能量密度(100 mJ·cm-2)下热电子发射随着延迟时间的变化,电场强度分别为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)图4 铜样品表面处最大电子温度随着

【参考文献】：
期刊论文
[1]超快激光脉冲作用下金薄膜温度和介电函数变化的研究[J]. 任世为,吴文智.  黑龙江大学工程学报. 2017(04)



本文编号：3227804