超短激光脉冲下纳米异质金属层结构超快热传导动力学研究

Ultrafast heat transport in nanoscale metal multilayers is of great interest in the context of optically induced demagnetization, remagnetization and switching, which determines the spot of light and thermodynamic properties of heterogeneous structures. The present project based on the technology of ultra-fast electron diffraction with sub-angstrom spatial resolution and femtosecond teme resolution, directly observes the ultra-fast thermal transport processes in heterogeneous metal layer with nano-scale thickness under femtosecond laser pulses in order to explore the thermal transport paths under variable materials and experimental conditions. The study will prowide some basis for the manufacture of photoinduced magnitism devices, improving the translation efficiency, heat control in integrated circuit components and microelectronic refrigeration.

在超短激光脉冲下，纳米级厚度异质金属层中的超快热传导过程与光致磁化、退磁化和光学开关等现象关系紧密，决定了器件特性和效率。本项目主要运用亚毫埃级空间分辨和飞秒尺度时间分辨的超快电子衍射实验手段，直接观测飞秒激光脉冲下纳米量级厚度的异质金属层中和层间超快热传导过程，探索不同材料和实验条件下热传导路径。为制造光致磁性器件，提高器件转换效率，同时为集成电路原件进行热量控制、微电子制冷等领域提供依据。

本项目主要用搭建完成的具有亚毫埃级空间分辨和飞秒时间分辨的超快电子衍射装置研究了在超短激光脉冲下纳米量级厚度的异质金属层中和层间超快热传导过程、量子点在飞秒激光下电声耦合过程，在生产中利用超快电子衍射实验手段研究了飞秒激光加工汽车精细部件的超快热力学过程，理论上进行了相关的超精细全维势能面构造和反应动力学过程模拟。经过执行期的研究和工作，实验室超快电子衍射装置实现了探测电子能量超过100keV的稳定全自动运行并投入对外测试使用；实验中测量了PbSe量子点电声弛豫时间并发现无明显声子瓶颈；在飞秒激光加工中发现部件的晶格运动各向异性，并且材料产生了热致和非热致变化；给出了多体展开方法构造的CH2基态，以及HCS+基态全维势能面，基于此用含时波包和准经典轨线方法计算出碰撞能、同位素效应、科里奥利耦合效应、反应物振动激发效应对H+CH、C+H2以及C+SH反应的动力学数据的影响。以上结果为光致磁性器件的升级、集成电路原件发热控制、超短激光加工技术和基于全维势能面反应动力学理论完善提供支持。