ANOMAL'NOE PROPUSKANIE SVETA OPTIChESKI TOLSTYMI PLENKAMI NIKELYa, YaVLYaYuShchIMISYa OPTOAKUSTIChESKIMI TRANSD'YuSERAMI

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Технологии, связанные с ультратонкими пленками, имеют важное значение для микроэлектроники. В этой связи много внимания обращают на механические и оптические свойства пленок. В настоящей работе исследованы пленки никеля на подложке из стекла. Обнаружен неожиданный эффект прозрачности пленок для света с пропусканием 1–10% падающего излучения. При этом пленки, во-первых, имеют толщину достаточно большую по сравнению с толщиной скин-слоя 12–13 нм (поэтому такое пропускание названо аномальным), во-вторых, сохраняют свои упругие механические характеристики, которые не отличаются от свойств абсолютно однородных пленок с фиксированной толщиной. Соответственно, наши пленки действуют стандартно в качестве акустических резонаторов и в качестве излучателей акустических волн в подложку (трансдьюсеров). Аномальное пропускание света объясняется неоднородной структурой пленки. При этом пропускание света позволяет видеть через пленку бриллюэновские интерференционные осцилляции, связанные с распространением акустических волн в подложке.

References

  1. C. Thomsen, J. Strait, Z. Vardeny, H. J. Maris, J. Tauc, and J. J. Hauser, Coherent Phonon Generation and Detection by Picosecond Light Pulses, Phys. Rev. Lett. 53, 989 (1984).
  2. O. Matsuda, M. C. Larciprete, R. Li Voti, and O. B. Wright, Fundamentals of Picosecond Laser Ultrasonics, Ultrasonics 56, 3 (2015).
  3. T. Ebbesen, H. Lezec, H. Ghaemi, T. Thio, and P. A. Wolff, Extraordinary Optical Transmission through Subwavelength Hole Arrays, Nature 391, 667 (1998).
  4. J. V. Coe, J. M. Heer, S. Teeters-Kennedy, H. Tian, and K. R. Rodriguez, Extraordinary Transmission of Metal Films with Arrays of Subwavelength Holes, Ann. Rev. Phys. Chem. 59, 179 (2008).
  5. E. Popov and N. Bonod, Physics of Extraordinary Transmission through Subwavelength Hole Arrays, in Structured Surfaces as Optical Metamaterials, Cambridge Univ. Press (2011), Ch. 1.
  6. M. Tavakoli, Y. S. Jalili, and Se. M. Elahi, Rayleigh-Wood Anomaly Approximation with FDTD Simulation of Plasmonic Gold Nanohole Array for Determination of Optimum Extraordinary Optical Transmission Characteristics, Superlattices Microstruct. 130, 454 (2019).
  7. H. A. Bethe, Theory of Diffraction by Small Holes, Phys. Rev. 66, 163 (1944).
  8. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред, ФИЗМАТЛИТ, Москва (2005).
  9. H. Zhang, A. Antoncecchi, S. Edward, I. Setija, P. Planken, and S. Witte, Unraveling Phononic, Optoacoustic, and Mechanical Properties of Metals with Light-Driven Hypersound, Phys. Rev. Appl. 13, 014010 (2020).
  10. G. de Haan, T. J. van den Hooven, and P. C. M. Planken, Ultrafast Laser-Induced Strain Waves in Thin Ruthenium Layers, Opt. Express 29, 32051 (2021).
  11. A. Devos and R. Cˆote, Strong Oscil lations Detected by Picosecond Ultrasonics in Silicon: Evidence for an Electronic-Structure Effect, Phys. Rev. B 297, 125208 (2004).
  12. E. Tzianaki, M. Bakarezos, G. D. Tsibidis, Y. Orphanos, P. A. Loukakos, C. Kosmidis, P. Patsalas, M. Tatarakis, and N. A. Papadogiannis, High Acoustic Strains in Si Through Ultrafast Laser Excitation of Ti Thin-Film Transducers, Opt. Express 23, 17191 (2015).
  13. Н. А. Иногамов, В. А. Хохлов, С. А. Ромашевский, Ю. В. Петров, М. А. Овчинников, С. И. Ашитков, Сильное возбуждение электронной подсистемы золота ультракоротким лазерным импульсом и процессы релаксации около температуры плавления, ЖЭТФ 165, 165 (2024).
  14. D. P. Blair and P. H. Sydenham, Phase Sensitive Detection as a Means to Recover Signals Buried in Noise, J. Phys. E 8, 621 (1975).
  15. Zurich instruments. White Paper: Principles of Lockin Detection and the State of the Art, (2016).
  16. В. А. Хохлов, С. А. Ромашевский, С. И. Ашитков, Н. А. Иногамов, Синхронное детектирование нелинейных явлений в оптоакустических осцилляциях нанопленки, инициированных фемтосекундным лазерным импульсом, Письма в ЖЭТФ 120, 550 (2024) [V. A. Khokhlov, S. A. Romashevskiy, S. I. Ashitkov, and N. A. Inogamov, Synchronous Detection of Nonlinear Phenomena in Opto-Acoustic Vibrations Induced in a Nanofilm by a Femtosecond Laser Pulse, JETP Lett. 120, 531 (2024)].
  17. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Гидродинамика, ФИЗМАТЛИТ, Москва (2021).
  18. V. V. Shepelev, Yu. V. Petrov, N. A. Inogamov, V. V. Zhakhovsky, E. A. Perov, and S. V. Fortova, Attenuation and Inflection of Initial ly Planar Shock Wave Generated by Femtosecond Laser Pulse, Opt. Laser Technol. 152, 108100 (2022).
  19. https://refractiveindex.info/.
  20. P. B. Johnson and R. W. Christy, Optical Constants of Transition Metals: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Pd., Phys. Rev. B 9, 5056 (1974).
  21. M. A. Ordal, R. J. Bell, R. W. Alexander, L. L. Long, and M. R. Querry, Optical Properties of Au, Ni, And Pb At Submil limeter Wavelengths, Appl. Opt. 26, 744 (1987).
  22. W. M. Haynes (Ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics (97th ed.), CRC Press (2016).
  23. A. A. Samarskii, The Theory of Difference Schemes, CRC Press (2001).
  24. М. И. Каганов, И. М. Лифшиц, Л. В. Таната-ров, Релаксация между электронами и решеткой, ЖЭТФ 31, 232 (1956) [M. I. Kaganov, I. M. Lifshitz, and L. V. Tanatarov, Relaxation Between Electrons and the Crystalline Lattice, Sov. Phys. JETP 4, 173 (1957)].
  25. М. И. Каганов, И. М. Лифшиц, М. Я. Азбель, Электронная теория металлов, Наука, Москва (1971).
  26. С. И. Анисимов, Б. Л. Капелиович, Т. Л. Перельман, Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракоротких лазерных импульсов, ЖЭТФ 66, 776 (1974) @@ S. I. Anisimov, B. L. Kapeliovich, and T. L. Perel’man, Electron Emission from Metal Surfaces Exposed to Ultrashort Laser Pulses, Sov. Phys. JETP 39, 375 (1974)
  27. A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, A. O. Levchenko, A. A. Rudenko, I. N. Saraeva, D. A. Zayarny, C. R. Nathala, and W. Husinsky, Nanoscale Surface Boiling in Sub-Threshold Damage and Above-Threshold Spallation of Bulk Aluminum and Gold by Single Femtosecond Laser Pulses, Laser Phys. Lett. 13, 025603 (2016).
  28. S. I. Kudryashov, A. A. Samokhvalov, Ya. D. Golubev, D. S. Ivanov, M. E. Garcia, V. P. Veiko, B. Rethfeld, and V. Yu. Mikhailovskii, Dynamic Al l-Optical Control in Ultrashort Double-Pulse Laser Ablation, Appl. Surf. Sci. 537, 147940 (2021).
  29. С. Г. Бежанов, А. А. Ионин, А. П. Канавин и др., ЖЭТФ 147, 1087 (2015) [S. G. Bezhanov, A. A. Ionin, A. P. Kanavin et al., Reflection of a Probe Pulse and Thermal Emission of Electrons Produced by an Aluminum Film Heated by a Femtosecond Laser Pulse, JETP 120, 937 (2015)].
  30. D. A. Zayarny, A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, A. A. Kuchmizhak, O. B. Vitrik, and Yu. N. Kulchin, Pulse-Width-Dependent Surface Ablation of Copper and Silver by Ultrashort Laser Pulses, Laser Phys. Lett. 13, 076101 (2016).
  31. П. А. Данилов, С. И. Кудряшов, К. П. Мигдал, А. С. Ривнюк, А. А. Ионин, Усиление поглощения излучения интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов видимого диапазона в пленке серебра, Письма в ЖЭТФ 113, 299 (2021) [P. A. Danilov, S. I. Kudryashov, K. P. Migdal, A. S. Rivnyuk, and A. A. Ionin, Enhancement of the Absorption of Intense Visible Femtosecond Laser Pulses in a Silver Film, JETP Lett. 113, 297 (2021)].
  32. N. A. Inogamov, V. V. Zhakhovsky, S. I. Ashitkov, V. A. Khokhlov, V. V. Shepelev, P. S. Komarov, A. V. Ovchinnikov, D. S. Sitnikov, Yu. V. Petrov, M. B. Agranat, S. I. Anisimov, and V. E. Fortov, Laser Acoustic Probing of Two-Temperature Zone Created by Femtosecond Pulse, Contrib. Plasma Phys. 51, 367 (2011).
  33. S. I. Anisimov, N. A. Inogamov, Yu. V. Petrov, V. A. Khokhlov, V. V. Zhakhovskii, K. Nishihara, M. B. Agranat, S. I. Ashitkov, and P. S. Komarov, Interaction of Short Laser Pulses with Metals at Moderate Intensities, Appl. Phys. A 92, 939 (2008).
  34. V. A. Khokhlov, V. V. Zhakhovsky, K. V. Khishchenko, N. A. Inogamov, and S. I. Anisimov, Metal Film on Substrate: Dynamics Under Action of UltraShort Laser Pulse, J. Phys.: Conf. Ser. 774, 012100 (2016).
  35. N. A. Inogamov, Yu. V. Petrov, V. V. Zhakhovsky, V. A. Khokhlov, B. J. Demaske, S. I. Ashitkov, K. V. Khishchenko, K. P. Migdal, M. B. Agranat, S. I. Anisimov, and V. E. Fortov, Two-Temperature Thermodynamic and Kinetic Proporties of Transition Metals Irradiated by Femtosecond Lasers, AIP Conf. Proc. 1464, 593 (2012).
  36. Ю. В. Петров, Н. А. Иногамов, Снятие моттовского межзонного s-d-увеличения электросопротивления никеля и платины за счет возбуждения электронов фемтосекундным лазерным импульсом, Письма в ЖЭТФ 98, 316 (2013) [Yu. V. Petrov and N. A. Inogamov, Elimination of the Mott Interband s-d Enhancement of the Electrical Resistance of Nickel and Platinum Owing to the Excitation of Electrons by Femtosecond Laser Pulses, JETP Lett. 98, 278 (2013)].
  37. А. В. Бушман, В. Е. Фортов, Модели уравнения состояния вещества, УФН 140, 177 (1983).
  38. V. E. Fortov, K. V. Khishchenko, P. R. Levashov, and I. V. Lomonosov, Wide-Range Multi-Phase Equations of State for Metals, Nuclear Instr. Meth. Phys. Res. A 415, 604 (1998).
  39. A. V. Bushman, G. I. Kanel’, A. L. Ni, and V. E. Fortov, Intense Dynamic Loading of Condensed Matter, Taylor & Francis, Washington, D.C. (1993).
  40. K. V. Khishchenko, S. I. Tkachenko, P. R. Levashov, I. V. Lomonosov, and V. S. Vorobev, Metastable States of Liquid Tungsten Under Subsecond Wire Explosion, Int. J. Thermophys. 23, 1359 (2002).
  41. К. В. Хищенко, Уравнение состояния магния в области высоких давлений, Письма в ЖТФ 30(19), 65 (2004).
  42. I. V. Lomonosov, Multi-Phase Equation of State for Aluminum, Laser and Part. Beams 25, 567 (2007).
  43. K. V. Khishchenko, Equation of State for Tungsten over a Wide Range of Densities and Internal Energies, J. Phys.: Conf. Ser. 653, 012081 (2015).
  44. И. В. Ломоносов и С. В. Фортова, Широкодиапазонные полуэмпирические уравнения состояния вещества для численного моделирования высокоэнергетических процессов, ТВТ 55, 596 (2017).
  45. K. V. Khichshenko, Equation of State of Sodium for Modeling of Shock-Wave Processes at High Pressures, Math. Montis. 40, 140 (2017).
  46. Ю. В. Петров, Н. А. Иногамов, К. П. Мигдал, Теплопроводность и коэффициент электрон-ионного теплообмена в конденсированных средах с сильно возбужденной электронной подсистемой, Письма в ЖЭТФ 97, 24 (2013) @@ Yu. V. Petrov, N. A. Inogamov, and K. P. Migdal, Thermal Conductivity and the Electron-Ion Heat Transfer Coefficient in Condensed Media with a Strongly Excited Electron Subsystem, JETP Lett. 97, 20 (2013).
  47. Yu. V. Petrov, N. A. Inogamov, K. P. Migdal, A. V. Mokshin, and B. N. Galimzyanov, ElectronIon Energy Exchange in Simple Metals in Ziman Approach, J. Phys.: Conf. Ser. 1556, 012005 (2020).
  48. Yu. V. Petrov, N. A. Inogamov, V. A. Khokhlov, and K. P. Migdal, Electron Thermal Conductivity of Nickel and Aluminum in Solid and Liquid Phases in Two-Temperature States, J. Phys.: Conf. Ser. 1787, 012025 (2021).
  49. Ю. В. Петров, К. П. Мигдал, Н. А. Иногамов, С. И. Анисимов, Процессы переноса в металле с горячими электронами, возбужденными лазерным импульсом, Письма в ЖЭТФ 104, 446 (2016) [Yu. V. Petrov, K. P. Migdal, N. A. Inogamov, and S. I. Anisimov, Transfer Processes in a Metal With Hot Electrons Excited by a Laser Pulse, JETP Lett. 104, 431 (2016)].
  50. Yu. V. Petrov, K. P. Migdal, D. V. Knyazev, N. A. Inogamov, and P. R. Levashov, Transport Properties of Copper with Excited Electron Subsystem, J. Phys.: Conf. Ser. 774, 012103 (2016).
  51. K. P. Migdal, Yu. V. Petrov, D. K. Il‘nitsky, V. V. Zhakhovsky, N. A. Inogamov, K. V. Khishchenko, D. V. Knyazev, and P. R. Levashov, Heat Conductivity of Copper in Two-Temperature State, Appl. Phys. A 122, 408 (2016).
  52. N. A. Inogamov, V. A. Khokhlov, V. V. Zhakhovsky, and Yu. V. Petrov, Energy Redistribution Between Layers in Multi-Layered Target Heated by X-Ray Pulse, J. Phys.: Conf. Ser. 946, 012009 (2018).
  53. Y. V. Petrov, N. A. Inogamov, A. V. Mokshin, and B. N. Galimzyanov, Electrical Resistivity and Thermal Conductivity of Liquid Aluminum in the Two-Temperature State, J. Phys: Conf. Ser. 946, 012096 (2018).
  54. Yu. Petrov, K. Migdal, N. Inogamov, V. Khokhlov, D. Ilnitsky, I. Milov, N. Medvedev, V. Lipph, and V. Zhakhovsky, Ruthenium under Ultrafast Laser Excitation: Model and Dataset for Equation of State, Conductivity, and Electron-Ion Coupling, Data in Brief 28, 104980 (2020).
  55. B. J. Demaske, V. V. Zhakhovsky, N. A. Inogamov, and I. I. Oleynik, Ultrashort Shock Waves in Nickel Induced by Femtosecond Laser Pulses, Phys. Rev. B 87, 054109 (2013).
  56. M. M. Budzevich, V. V. Zhakhovsky, C. T. White, and I. I. Oleynik, Evolution of Shock-Induced Orientation-Dependent Metastable States in Crystal line Aluminum, Phys. Rev. Lett. 109, 125505 (2012).
  57. V. Zhakhovsky, Yu. Kolobov, S. Ashitkov, N. Inogamov, I. Nelasov, S. Manokhin, V. Khokhlov, D. Ilnitsky, Yu. Petrov, A. Ovchinnikov, O. Chefonov, and D. Sitnikov, Shock-Induced Melting and Crystal lization in Titanium Irradiated by Ultrashort Laser Pulse, Phys. Fluids 35, 096104 (2023).
  58. A. D. Raki, A. B. Djurisic, J. M. Elazar, and M. L. Majewski, Optical Properties of Metallic Films for Vertical-Cavity Optoelectronic Devices, Appl. Opt. 37, 5271 (1998).
  59. E. Silaeva, L. Saddier, and J.-P. Colombier, Drude-Lorentz Model for Optical Properties of Photoexcited Transition Metals Under ElectronPhonon Nonequilibrium, Appl. Sci. 11, 9902 (2021).
  60. Zh. Lin, L. V. Zhigilei, and V. Celli, ElectronPhonon Coupling and Electron Heat Capacity of Metals Under Conditions of Strong ElectronPhonon Nonequilibrium, Phys. Rev. B 77, 075133 (2008).
  61. И. К. Кикоин, Таблицы физических величин. Атомиздат, Москва (1976).
  62. https://en.wikipedia.org/wiki/nickel.
  63. https://dpva.ru/.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».