掺杂剂诱导的氦纳米等离子体点火——机制研究
原子与分子团簇
2017-12-06 v1
摘要
在强近红外激光脉冲辐照下，含有少量掺杂剂原子的氦 纳米液滴通过雪崩式电子碰撞电离形成纳米等离子体，即使在氦不被直接场电离的较低激光强度下也是如此，因为掺杂剂原子为电子碰撞电离雪崩提供了种子电子。在这篇关于钙和氙掺杂氦液滴的理论论文中，我们阐明了诱导电离雪崩的机制，即点火。我们发现，被激活液滴中种子电子的部分流失极大地促进了点火，因为掺杂剂阳离子的电场降低了氦电离的库仑势垒，且这种阳离子电荷的去屏蔽效应增强了其电场。此外，掺杂剂离子通过激光场协助种子电子的加速（弹弓效应），支持氦的电子碰撞电离，同时也通过将电子弹射出去导致电子流失。掺杂剂降低氦处库仑势垒的能力以及弹弓效应均随掺杂剂的空间扩展而减弱，导致掺杂剂的点火能力依赖于掺杂剂的质量。在此，我们开发了准则（碰撞计数函数）来评估掺杂剂的点火能力，其基于 种子电子云与氦原子的空间重叠，以及 它们的动能分布与氦处库仑势垒高度分布的重叠。对于钙掺杂液滴，掺杂剂电离与点火之间的相对较长的时间延迟（孕育时间）在很大程度上取决于掺杂剂离子去屏蔽所需的时间。
引用
@article{arxiv.1709.08061,
title = {Dopant-induced ignition of helium nanoplasmas -- a mechanistic study},
author = {Andreas Heidenreich and Dominik Schomas and Marcel Mudrich},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.08061},
year = {2017}
}