Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
3.5 Μηχανισµοί αποµάκρυνσης υλικού<br />
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 o<br />
Η ιδιαίτερα σύντοµη περίοδος θέρµανσης και ο υψηλός ρυθµός αυτής κατά την αποδόµηση<br />
µε FS Laser συµβάλλουν στο να θεωρείται η διαδικασία µεταβολής της θερµότητας<br />
σηµαντικά διαφορετική µε αυτή που παρατηρείται µακροσκοπικά. Για τα µεταλλικά υλικά<br />
τόσο κατά την διάρκεια όσο και µετά το πέρας της απορρόφησης FS παλµών, όπως φαίνεται<br />
στο Σχήµα 3.6 υπάρχουν τρεις κύριες διεργασίες [9]. Κατά την πρώτη (3.6α) τα ηλεκτρόνια<br />
διεγείρονται από την δέσµη του Laser και κινούνται µέσα στο µεταλλικό υλικό µε ταχύτητες<br />
της τάξης των 10 6 m/s. Τα ελεύθερα αυτά ηλεκτρόνια χαρακτηρίζονται ως ηλεκτρόνια<br />
υψηλής αστάθειας και η θερµοκρασία τους δεν είναι καθορισµένη, αφού η κατανοµή<br />
ενέργειας δεν ακολουθεί την κατανοµή ισορροπίας Fermi. Εκτόνωση αυτών των<br />
ηλεκτρονίων συντελείται µε εσωτερικές κρούσεις. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως<br />
«Ballistic Energy Transport» κατά τους Brorson et al. και Hohlfield et al. [10][11]. Μετά<br />
την παρέλευση συγκεκριµένης περιόδου κρούσεων η δεύτερη διαδικασία (Σχήµα 3.6β)<br />
ξεκινάει και χαρακτηρίζεται από διάχυση ηλεκτρονίων. Η κατανοµή Fermi ισχύει και άρα η<br />
θερµοκρασία των ηλεκτρονίων µπορεί τώρα να προσδιοριστεί. Η θερµοκρασία των<br />
ηλεκτρονίων µειώνεται, ενώ η θερµοκρασία της κρυσταλλικής δοµής αυξάνεται λόγω της<br />
αλληλεπίδρασής τους. Το φαινόµενο αυτό συνεχίζεται έως ότου τα δυο συστήµατα<br />
ηλεκτρονίων και κρυσταλλικής δοµής φτάσουν σε θερµική ισορροπία (Σχήµα 3.6γ) και η<br />
µετάδοση ενέργειας πλέον καθορίζεται από τις κοινές µακροσκοπικές θερµικές διαχύσεις. Το<br />
φαινόµενο «Ballistic Electron Transport» θεωρείται πολύ σηµαντικό για ευγενή µέταλλα,<br />
όπως ο χρυσός, αλλά λιγότερο σηµαντικό για µέταλλα µετάπτωσης όπως το Ni [9]. Τα<br />
ηλεκτρόνια φτάνουν σε κατάσταση ισορροπίας µέσα σε κάποια picosecond [11][14], ενώ η<br />
αλληλεπίδραση ηλεκτρονίων και κρυσταλλικής δοµής πραγµατοποιείται σε κλίµακα µερικών<br />
δεκάδων picosecond, εποµένως το φαινόµενο «Ballistic Electron Transport» µπορεί να<br />
αγνοηθεί κατά την µελέτη µετάλλων µεταπτώσεως. Η κυρίαρχη θεωρία που εξηγεί την<br />
απορρόφηση της ενέργειας του Laser και της θέρµανσης µεταλλίκων υλικών από αυτή<br />
ονοµάζεται διθερµοκρασιακό µοντέλο. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και η κρυσταλλική δοµή σε<br />
µεταλλικά υλικά µελετώνται ως δυο ξεχωριστά υποσυστήµατα µε τα δικά του<br />
χαρακτηριστικά το καθένα. Οι θερµοκρασίες των ηλεκτρονίων και της κρυσταλλικής δοµής<br />
περιγράφονται από τις αντίστοιχες εξισώσεις. Η ενέργεια που µεταφέρεται από την ακτίνα<br />
του Laser απορροφάται µόνο από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και µεταδίδεται στην κρυσταλλική<br />
δοµή µέσω της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων κρυσταλλικής δοµής [12]-[14].<br />
123
Change language