В МГУ выявили закономерности механизмов ионизации для разработки новых сенсоров

Исследователи Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова выявили изменения механизмов ионизации, которые ускорят создание сенсоров нового поколения. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports, сообщила в пятницу пресс-служба вуза.

Создаваемые сегодня источники излучения в среднем инфракрасном (ИК) диапазоне обладают ультракороткой длительностью вплоть до десятков. Изменение длины волны и длительности импульса лазерного излучения влияет на взаимодействие излучения с веществом, что делает исследования в этой области перспективным направлением для создания новых технологий. Для этих целей авторы работы проанализировали особенности необратимых изменений структуры диэлектриков и полупроводников под воздействием лазерного излучения с разной длиной волны.

"В данной работе [ученым] впервые удалось проследить изменение описанных механизмов от видимого диапазона длины ИК-волн до среднего как экспериментально, так и с помощью численного моделирования. Полученная информация позволяет судить о зависимости порога повреждения материала от длины волны. <…> Исследование поможет разработать новые методы микрообработки, приблизит создание сенсоров нового типа, а также будет полезно в биомеханике и реабилитационной инженерии", - говорится в сообщении.

Ультракороткая длительность волн запускает генерацию плазмы - возбуждение и ионизацию электронов атомов. При этом в видимом диапазоне длин волн наблюдается многофотонная ионизация, а в среднем ИК-диапазоне этот процесс происходит за счет "туннельного механизма", выяснили ученые. Созданные в результате этого электроны нагреваются под воздействием лазерного импульса, интенсивность этого процесса напрямую зависит от длины волны. Самой эффективной для нагрева электронов исследователи назвали длину волн в границах 3-4 микрометров.

Авторы работы разработали теоретическую модель и комплекс программ для расчета процессов ионизации. Полученные результаты важны для развития технологий оптических ИК-устройств и лазерных источников, считают они.

"Понимание механизмов ионизации, предшествующих пробою, позволяет управлять этим явлением. В частности, создание модифицированных областей с управляемой морфологией, размером и структурой является важной задачей лазерной микрообработки. <…> Новые методы микрообработки важны, например, для создания сенсоров на основе волоконных Брэгговских решеток в биомеханике", - считает Федор Потемкин, доцент кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.