Παραγωγή και χαρακτηρισμός μεταλλικών νανοσωματιδίων με τη μέθοδο laser ablation και μελέτη των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων τους

• Κύριος συγγραφέας: Κακκαβά, Ειρήνη
• Άλλοι συγγραφείς: Κουρής, Στυλιανός
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Μη γραμμική οπτική; Laser ablation; Nonlinear optics; 620.5

Με την εφεύρεση των λέιζερ άνοιξε ο δρόμος για μία σειρά εφαρμογών σε διάφορους τομείς από τη Φυσική, τη Χημεία, τη Βιολογία μέχρι την Ιατρική. Ο όρος λέιζερ προέρχεται από το αγγλικό ακρωνύμιο Laser: (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) που αποδίδεται στα ελληνικά ως ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας. Οι θεωρητικές βάσεις για την ανάπτυξη των λέιζερ εισήχθησαν από τον Albert Einstein το 1917, ο οποίος πρώτος πρότεινε την διαδικασία της εξαναγκασμένης εκπομπής. Σύμφωνα με τον A. Einstein εκτός από την απορρόφηση και την αυθόρμητη εκπομπή, τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να εξαναγκασθούν να εκπέμψουν φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Στα πλαίσια της παρούσας ερευνητικής εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δύο από τις πολλές εφαρμογές που προσφέρουν τα λέιζερ: η παραγωγή νανοσωματιδίων μέσω εστίασης της δέσμης του λέιζερ σε ένα υλικό με την τεχνική Laser Ablation και η μελέτη των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των υλικών αυτών μέσω της πειραματικής τεχνικής Ζ-scan. Η διαδικασία Laser Ablation προέρχεται από την λατινική λέξη “ablatio” που σημαίνει μετακίνηση. Η εφαρμογή της ακτινοβολίας των λέιζερ για την αποδόμηση υλικών από διάφορους στόχους ξεκινά από την εμφάνιση του λέιζερ στις αρχές της δεκαετίας του ’60 με το Ruby λέιζερ και συνάντησε μεγάλη άνοδο με την εξέλιξη των λέιζερ. Ειδικότερα, η αποδόμηση μέσω παλμικού λέιζερ (Pulsed Laser Ablation), προσέλκυσε και προσελκύει ακόμη μεγάλο ενδιαφέρον χάρη στης μεγάλες δυνατότητες που προσφέρει στη δημιουργία υλικών μέσω των λέιζερ, όπως η κατασκευή λεπτών υμενίων, η ανάπτυξη νανοκρυστάλλων, ο επιφανειακός καθαρισμός, η δημιουργία υλικών κατάλληλων για την ανάπτυξη μικροηλεκτρονικών συσκευών κ.α. Πέρα από τις σημαντικές της εφαρμογές η μέθοδος αυτή έχει ένα βασικό πλεονέκτημα το οποίο και έχει στρέψει σε αυτή μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον, δεν απαιτεί ιδιαίτερες συνθήκες προκειμένου να πραγματοποιηθεί. Έτσι, μπορεί να λειτουργήσει σε ένα θάλαμο κενού ή θάλαμο παρουσία κάποιου αερίου αλλά και σε υγρό περιβάλλον, γεγονός που μειώνει τη δυσκολία των πειραμάτων αλλά και το κόστος τους. Ως μη γραμμική οπτική αναφέρεται ο κλάδος της οπτικής ο οποίος μελετά την αλληλεπίδραση της ύλης με ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία και τις μεταβολές που επέρχονται στις οπτικές της ιδιότητες. Η μελέτη των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των υλικών ξεκίνησε με την εφεύρεση των λέιζερ και οδήγησε στην παρατήρηση νέων φαινομένων. Η διερεύνηση αυτών των φαινομένων οδηγεί στην κατανόηση της δομής του υλικού και των μηχανισμών που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια αυτών των αλληλεπιδράσεων. Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η παραγωγή διαφόρων συστημάτων μεταλλικών νανοσωματιδίων σε διάφορα διαλύτες με την τεχνική Laser Ablation και ο χαρακτηρισμός τους ως προς τις μη γραμμικές οπτικές τους ιδιότητες για διάφορες συνθήκες διέγερσης. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον ως προς τις οπτικές τους ιδιότητες λόγω της έντονης κορυφής που εμφανίζεται στο φάσμα απορρόφησής τους και ονομάζεται κορυφή συντονισμού του επιφανειακού πλασμονίου, η οποία επηρεάζει σημαντικά και τη μη γραμμική οπτική τους απόκριση. Στο 1ο Κεφάλαιο της εργασίας αυτής αναφέρονται κάποια βασικά θεωρητικά στοιχεία που αφορούν την σύνθεση νανοδομών μέσω αποδόμησης με ακτινοβολία λέιζερ (Laser Ablation) ενώ το 2ο Κεφάλαιο περιλαμβάνει τις βασικές έννοιες της θεωρίας της μη γραμμικής οπτικής. Στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται αναλυτικά οι πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν τόσο για τη σύνθεση όσο και για τη μελέτη των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των διαφόρων υλικών. Το 4ο Κεφάλαιο της εργασίας περιλαμβάνει τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από μια σειρά πειραμάτων για τα διάφορα συστήματα υλικών που συντέθηκαν. Τέλος, το Κεφάλαιο 5 συνοψίζει τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της παρούσας μελέτης.