Interacción dinámica rápida de partículas y campos electromagnéticos con superficies metálicas
En esta tesis se expone la investigación desarrollada durante la realización deldoctorado, la cual abarca el estudio de las superficies metálicas a través de suinteracción tanto con fotones - campos electromagnéticos - como con partículas -átomos neutros. En lo referente a la interacción con campos...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis doctoral publishedVersion |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
2015
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5685_RiosRubiano |
| Aporte de: |
| Sumario: | En esta tesis se expone la investigación desarrollada durante la realización deldoctorado, la cual abarca el estudio de las superficies metálicas a través de suinteracción tanto con fotones - campos electromagnéticos - como con partículas -átomos neutros. En lo referente a la interacción con campos electromagnéticos, la laborse centró en el estudio de las transiciones electrónicas desde la banda de valencia delmetal producidas por la incidencia rasante de pulsos láser ultra-cortos, con duracionesdel orden de los femto- o atto-segundos. Mientras que en el caso de la interacción conpartículas, la investigación estuvo focalizada en la difracción de átomos rápidos, conenergías del orden de los keV , por incidencia rasante sobre la superficie cristalina (GIFAD, por sus siglas en inglés). En ambos casos la finalidad del trabajo es estudiarla inuencia del potencial superficial, cuya precisa y detallada representación resultacrucial para la correcta descripción de recientes resultados experimentales en ambaslíneas [1, 2, 3]. En los primeros capítulos de la tesis se estudia la fotoemisión electrónica desdela banda de valencia de una superficie metálica debido a la incidencia rasantede pulsos láser ultra-cortos, poniendo especial énfasis en los efectos debidos a laestructura de bandas electrónica. Para ello se propone un método aproximado,dentro del marco de la formulación de onda distorsionada dependiente del tiempo,llamado aproximación Band-Structure-Based-Volkov (BSB-V). Dicho método incluyeuna representación realista del potencial superficial, dada por un modelo depseudo-potencial unidimensional [4] que tiene en cuenta efectos de la estructurade bandas del metal. La aproximación BSB-V propuesta se aplicó al cálculo deprobabilidades doble diferenciales de fotoemisión -resueltas en energía y ángulo delelectrón emitido- desde la banda de valencia de superficies de aluminio y berilio. Como resultado de esta investigación se encontró que en el caso del berilio la estructura de bandas electrónica ejerce una notable inuencia sobre las distribucionesde electrones emitidos, mientras que para el aluminio tales efectos juegan un papelmenor. El método BSB-V nos permitió además analizar la contribución de los estadoselectrónicos superficiales (SESs, por sus siglas en inglés) parcialmente ocupados,hallándose que para la superficie de berilio estos estados producen modificaciones quepodrían ser experimentalmente observables en los espectros de emisión electrónica. Por otra parte, con la motivación de determinar los efectos debidos a la orientacióncristalográfica del material se evaluaron las distribuciones electrónicas para dosdiferentes caras del aluminio - Al(111) y Al(100) - observándose que las diferenciasentre los espectros correspondientes dependen fuertemente de los parámetros delpulso. Los resultados de la aproximación BSB-V fueron también contrastados convalores derivados a través de la resolución numérica de la ecuación de Schrëodingerdependiente del tiempo (TDSE), encontrándose una excelente concordancia, lo quebrinda confiabilidad al modelo propuesto. También se analizó el rol desempeñado por el potencial inducido dentro del modelo BSB-V. Dicho potencial describe la respuesta electrónica dinámica del material alcampo eléctrico externo, la cual, dependiendo de las características del pulso, puedealterar marcadamente los espectros de emisión electrónica. En particular, sus efectosse tornan visiblemente evidentes para pulsos con frecuencia portadora cercana a ladel plasmón superficial, donde aparecen contribuciones resonantes, y para pulsos conbaja frecuencia, en el rango infrarrojo, en donde el comportamiento del material seasemeja al correspondiente caso estático. Por otra parte, dado que recientemente se publicaron resultados experimentales deemisión fotoelectrónica desde una superficie de magnesio [2], obtenidos con la técnicade espectroscopía de atto-segundos, se calcularon distribuciones fotoelectrónicas paraesta superficie considerando pulsos con diferentes duraciones y frecuencias, trazandoasí un camino para avanzar con el desarrollo de la descripción teórica del problema. En la segunda parte de la tesis se investiga la difracción de átomos rápidosde helio que inciden en forma rasante sobre una superficie de Ag(110). En estecaso los resultados fueron comparados con datos experimentales del grupo de P. Roncin (Universitè Paris-Sud, Francia), con el que se trabajó en colaboración,siendo los patrones de difracción experimentales una herramienta extremadamentesensible para probar el modelo de potencial superficial. En este caso la interacciónproyectil-superficie fue representada con un modelo ab-initio derivado en el marco de la teoría de funcional densidad (DFT), mientas que el proceso de colisión elástica,característico de la difracción, fue descripto por medio de la aproximación Superficial Eikonal (SE). La aproximación SE es un método de onda distorsionada que tieneen cuenta la interferencia cuántica entre las contribuciones procedentes de diferentestrayectorias del proyectil, las cuales son evaluadas a partir de la dinámica clásicaconsiderando la completa corrugación del potencial superficial. A partir del buenacuerdo observado entre las distribuciones de momento teóricas y experimentalescorrespondientes a incidencia a lo largo de diferentes direcciones cristalográficas seconcluyó que el modelo de potencial propuesto brinda una adecuada descripción dela interacción superficial en el rango de energías perpendiculares a la superficie delorden de los cientos de meV . Dado que en los procesos de GIFAD desde superficies metálicas lastransiciones inelásticas son consideradas una fuente importante de decoherencia, seestudió también la energía perdida por los átomos de helio axialmente dispersadosdesde la superficie de Ag(110) con el fin de investigar la influencia de los procesosdisipativos en los patrones de difracción. Las distribuciones finales de momento delproyectil fueron evaluadas dentro de un formalismo semi-clásico que incluye efectosdisipativos debido a excitaciones electrón-hueco por medio de una fuerza de friccióndependiente de la densidad electrónica local. Para incidencia a lo largo de unadirección de bajo índice cristalográfico, con una dada energía de impacto, el modelopredice la presencia de marcadas estructuras en el espectro de pérdida de energía, lascuales proporcionan información detallada acerca de la dependencia de la pérdida deenergía con la trayectoria del proyectil. Sin embargo, estas estructuras desaparecencompletamente cuando se toma en cuenta la dispersión experimental del haz incidente,dando lugar a una distribución de pérdida de energía suave, en buen acuerdo con losdatos experimentales disponibles [3]. Además, nuestros resultados sugieren que losprocesos inelásticos producen un fondo casi constante en la distribución de momentotransversal de los proyectiles dispersados, excepto en los extremos del espectro, dondeaparecen máximos asociados al denominado rainbow clásico. Finalmente concluimosque los patrones de difracción experimentales son bien reproducidos a partir de laadición de las contribuciones elásticas e inelásticas. |
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