Ultrashort pulsed laser ablation of solid targets

Abstract

La tesi e stata rivolta alla caratterizzazione del processo di ablazione laser con impulsi ultracorti da bersagli solidi, in alto vuoto. Le motivazioni di fondo di tale ricerca sono state essenzialmente due. La prima, la carenza di studi organici che enucleassero la complessa varieta di fenomeni generati dall’interazione laser-materia nel regime di impulsi ultracorti; la seconda, l’estremo interesse da un punto di vista tecnologico verso lo studio degli effetti sul solido dell’irraggiamento laser in tale regime, per applicazioni di micro e nano-lavorazione di materiali. Gli studi realizzati hanno permesso di evidenziare per la prima volta la presenza di nanoparticelle nel plasma ablato, come conseguenza dell’interazione laser-solido nel regime di impulsi ultracorti (durata degli impulsi laser inferiore a qualche ps). Particolare interesse e stato quindi rivolto allo studio delle proprieta morfologiche delle nanoparticelle e dei loro meccanismi di formazione. Nel corso degli studi, si e evidenziata l’assoluta generalita del processo di produzione di nanoparticelle indipendentemente dal materiale utilizzato come bersaglio e dalle proprieta della radiazione laser incidente (durata, lunghezza d’onda, fluenza laser), nonche la sua versatilita rispetto ad altre tecniche di produzione di nanoparticelle. Le tecniche sperimentali adottate hanno permesso tanto la caratterizzazione della piuma ablata (Spettroscopia ottica in emissione, Langmuir Probe, Fotografia ad alta risoluzione temporale) che dei depositi di nanoparticelle realizzati (Microscopia a forza atomica). Diversi modelli teorici sono stati adottati per interpretare i risultati sperimentali. In particolare, sono state implementate simulazioni di Dinamica Molecolare e tecniche MonteCarlo. I risultati numerici ben riproducono i dati sperimentali e contribuiscono alla comprensione dei fondamentali meccanismi di interazione laser solido nel regime di impulsi ultracorti. Sia i dati sperimentali che quelli numerici hanno rivelato che la produzione di nanoparticelle e direttamente connessa con i meccanismi di rilassamento dalle estreme condizioni di non equilibrio cui il materiale irraggiato e portato a seguito dell’assorbimento della radiazione laser.