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铜及其他贵金属纳米粒子中的超快电子-晶格热化过程
摘要： 我们采用时间分辨超快泵浦-探测光谱技术，研究了直径3.2至23纳米的小尺寸铜纳米球（嵌入玻璃或分散于溶剂中）的电子-晶格能量转移过程。结果表明电子-晶格散射率随尺寸减小而增大，这与我们先前在低激发条件下对金、银纳米颗粒的研究结论一致。我们将该效应归因于纳米颗粒表面附近电子-声子相互作用屏蔽效率的降低。为解释文献中不同金属电子-晶格散射研究结果的差异（随尺寸减小而减弱/无关/增强），我们讨论了弱/强激发条件下通过时间分辨实验精确测定电子-晶格能量转移时间所需的实验条件，并展示了溶液中金纳米球的功率依赖性实验。我们的发现基于双温模型预测的理论分析，以及通过求解含热电子的玻尔兹曼方程对纳米颗粒瞬态消光截面进行完整建模。
关键词： 泵浦-探测光谱学、铜纳米粒子、电子-晶格相互作用、双温模型、超快电子动力学
更新于2025-09-23 15:23:52
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飞秒激光脉冲与金属相互作用时电子温度的非傅里叶估计
摘要： 本研究致力于探究金属在与飞秒激光脉冲相互作用过程中的电子温度变化。我们的研究灵感源自近期关于闪光激光-物质相互作用中热方程精确解析解的数学突破。为此，我们通过三维电报-茹科夫斯基方程扩展了经典的阿尼西莫夫双温模型?；谡庖恍路椒?，推导出了金表面首次与激光脉冲相互作用时电子热场的计算图谱。研究表明，在最初皮秒量级内，电子热导率（g/K）上的弛豫时间和耦合因子主导着激光脉冲与金属样品的相互作用。g/K因子越低，电子温度就越高；反之，弛豫时间越短，电子温度则越低。
关键词： 双温模型、三维电报方程、飞秒激光-金属相互作用、金属
更新于2025-09-23 15:21:01
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激光辐照下金的光学瞬态特性：从第一性原理到实验
摘要： 超强飞秒激光脉冲可引发材料不同性质的显著变化。其中光学性质的变化尤为重要，因为这会改变材料从激光脉冲中吸收的能量量值。贵金属在飞秒激光照射下反射率预期会出现强烈变化，这是由于d电子被激发所致。本研究分别测量了激光激发金在红外和紫外波段的反射率，发现反射率对激光注量的依赖性极为显著，且这种依赖性在不同光子能量范围内表现各异。为理解激光激发固体的反射率行为并解释实测反射率曲线，我们在双温模型框架下建立了以电子温度为核心参数的理论方案。该方法基于对反射率带间贡献的全电子计算，精确确定带内类德鲁德项，并采用高斯激光脉冲向电子系统传递时空分辨能量的现实模型。实验与理论获得了极佳的吻合，我们确定了反射率随激光注量变化的主要机制。
关键词： 带内、类德鲁德项、带间贡献、电子温度、高斯激光脉冲、反射率、双温模型、飞秒激光脉冲、光学性质、金
更新于2025-09-23 15:19:57
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线性啁啾效应对飞秒激光脉冲与硅表面相互作用后加热的影响
摘要： 本文研究了超短啁啾激光脉冲与硅的相互作用。啁啾效应改变了超短激光脉冲的瞬时频率。为准确模拟，采用硅的吸收光谱替代恒定吸收值。通过有限差分法求解双温模型方程，研究了加热和激光吸收过程。通过将附加方程与双温方程耦合，确定了载流子数密度随时间的变化。对比了上啁啾、下啁啾及无啁啾激光脉冲在不同时间的载流子数密度、载流子温度和晶格温度。结果表明：相比无啁啾激光脉冲，采用上啁啾或下啁啾激光脉冲时硅的激光吸收增强；使用线性啁啾激光脉冲会使载流子和晶格达到更高温度。研究还发现，由于声子牵引力的有效加速作用，下啁啾激光脉冲的激光吸收效率高于上啁啾脉冲。
关键词： 模拟，飞秒，双温模型，啁啾，激光，硅，有限差分
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 电介质中的激光诱导击穿：强电子过热现象
摘要： 激光诱导击穿会阻碍现代激光器、光子元件及设备的运行，同时也可作为新型材料高功率激光技术的重要工作模式。本报告将激光与物质相互作用的双温模型推广至电介质中激光诱导击穿状态的模拟。该推广模型使我们能够将击穿起始过程与平均电子能量（$\bar{\varepsilon}$）的阶梯式升降序列及其引发自由电子密度（$n_e$）的相应演化相关联。模型速率方程组包含光致电离与复合动力学、辐射吸收、能量释放及交换效应——这些效应共同决定了$\bar{\varepsilon}$向带隙能量$E_g$和电离临界能量$E_{cr} \approx 1.5E_g$的时间演化。此外，模型还考虑了电子在$E_{cr}$之上的强过热效应$\Delta\bar{\varepsilon}$：当处理自由电子碰撞电离起始时，相关碰撞电离速率$W_{imp} = \nu_{imp}n_e$与电子加热至临界能量的时间相关，其中$\nu_{imp} = \sigma_{imp}I \exp(-E_{cr}/\bar{\varepsilon}) \approx \nu_A (E_{cr}/\bar{\varepsilon}) \approx 1$ fs$^{-1}$（$\nu_A$为雪崩系数，$\sigma_{imp}$为自由电子吸收截面，$I$为辐射强度）。但当中性原子开始耗尽时，碰撞电离过程可由附加碰撞时间$\tau_c = d_e \sqrt{m_e/E_{cr}}/(v_e n_e)$控制（$d_e$为原子间距，$m_e$为电子质量，$n_e$为原子密度）。即当$n_e \ll n_a$且$\tau_c \ll \nu_{imp}^{-1}$时，碰撞电离由$\nu_{imp}^{-1}$（约0.1飞秒）控制并在$\bar{\varepsilon} > E_{cr}$时发生；而当$n_e$趋近$n_a$且$\bar{\varepsilon} > E_{cr}$的自由电子持续与电离原子及复合电子-离子对碰撞时，这些相互作用可使自由电子在产生最终电离碰撞并损失$E_g$能量前额外获得$\Delta\bar{\varepsilon} \approx \tau_c$的能量。
关键词： 电子过热、碰撞电离、双温模型、激光诱导击穿、电介质
更新于2025-09-16 10:30:52
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近红外活性非化学计量半导体等离子体Cu<sub>2–x</sub>S纳米晶中的超快等离子体动力学与空穴-声子耦合
摘要： 通过改变铜硫比例并采用热注入法合成了非化学计量比Cu2?xS纳米晶（NCs）。光学研究表明，掺杂半导体中p型空穴缺陷引发了从近红外到中红外的明确局域表面等离子体共振（LSPR）吸收带。根据德鲁德模型计算得出，Cu2?xS纳米晶的载流子浓度约为1021 cm?3量级，较金属（金/银）体系低一个数量级。为探究其超快等离子体动力学特性，采用飞秒宽带（可见光-近红外）泵浦-探测光谱技术，通过调控组分（铜硫比例）、泵浦波长及激光强度监测了Cu2?xS纳米晶的超快等离子体动力学过程。在中等泵浦功率下，根据泵浦波长（400/800 nm）不同，观测到Cu2?xS纳米晶的空穴-声子弛豫时间常数介于240-440飞秒范围?；诔焖蔡荩獾貌煌し⒉ǔは翪u2?xS纳米晶的空穴-声子耦合常数（G）为(1.6-2.7)×1010 J K?1 s?1 cm?3量级，同样较金属体系低一个数量级。我们根据文献报道的等离子体动力学双温模型（TTL），提出了新的热载流子弛豫动力学机制模型。
关键词： 非化学计量比Cu2?xS纳米晶体、飞秒宽带泵浦-探测光谱、局域表面等离子体共振、空穴-声子耦合常数、双温模型、德鲁德模型
更新于2025-09-12 10:27:22
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石墨烯中超快光致发光的门控开关
摘要： 通过电学手段调控光学特性是光电子应用的关键。对于原子级厚度的二维材料而言，其天然优势在于可通过电栅压效应便捷调控载流子掺杂，进而可能影响光学特性?；诖擞攀疲颐潜ǖ懒说ゲ闶┏焐献还庵路⒐獾牡缯ぱ箍匦в?。通过石墨烯中单光子带间跃迁的泡利阻塞效应，该发光可被完全关闭，其开关比超过100倍——相较于其他二维半导体及三维体材料具有显著优势。采用包含热载流子动力学与载流子-光学声子相互作用的双温模型，可完美描述该发光的化学势与泵浦光强依赖关系。这种可电栅控且无背景干扰的光致发光，将为石墨烯基超快光电子应用开辟新途径。
关键词： 超快光致发光、栅极开关、热载流子、石墨烯、光电子学、双温模型
更新于2025-09-09 09:28:46