Динамика и механизмы образования кластеров при импульсной лазерной абляции тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Булгаков Александр Владимирович

ДИНАМИКА И МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ

01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (г. Новосибирск)

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Малиновский Валерий Константинович

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ, г. Санкт-Петербург)

Защита состоится " 20 " октября 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 003.053.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 630090, г. Новосибирск-90, пр. Академика Лаврентьева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО РАН

Автореферат разослан

Ученый секретарь

Доктор физико-математических наук, профессор Князев Борис Александрович

Доктор физико-математических наук Шарафутдинов Равель Газизович

диссертационного совета д. ф.-м. н.

В.В. Кузнецов

/Ц^ЗЛ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена изучению процессов формирования кластеров при испарении (абляции) твердых веществ импульсами лазерного излучения умеренной интенсивности. В работе исследованы механизмы и условия образования кластеров, а также динамика процессов, протекающих в этих условиях в продуктах абляции.

Актуальность темы. Разработка и исследование эффективных методов синтеза кластеров - малых частиц нанометровых и субнанометровых размеров - диктуется потребностями быстро прогрессирующих современных нанотехнологий. Кластеры, являясь особым состоянием вещества, проявляют свойства, отличные как от свойств составляющих их атомов (молекул), так и свойств массивного материала. Изучение путей формирования кластеров и стабильных наноструктур на их основе имеет фундаментальное значение для понимания поведения вещества на наноразмерных масштабах.

Техника импульсной лазерной абляции является одним из основных инструментов современных нанотехнологий. Использование достаточно коротких (наносекундных и короче) лазерных импульсов позволило достичь в последнее время значительного прогресса в таких направлениях как напыление наноструктурных пленок и создание новых наноматериалов. К достоинствам импульсной лазерной абляции как метода синтеза кластеров относятся ее универсальность по отношению к материалу, возможность практически исключить наличие посторонних примесей, гибкость метода и возможность контроля процесса роста кластеров. Именно этим методом были открыты углеродные фуллерены, эндофуллерены и ряд других стабильных наносистем.

Ввиду сложности явления лазерной абляции, включающего в себя процессы поглощения излучения твердым телом, его плавление и испарение, формирование плазменного факела испаренного материала и его расширение в окружающее пространство, фотоэмиссию электронов и прямую эмиссию кластеров с облучаемой поверхности, химические реакции и реакции кластерообразования в факеле и другие процессы, до сих пор это явление изучено недостаточно. В особенности это касается аспекта, связанного с формированием кластеров. Исследования кластеров, образованных при импульсной лазерной абляции, активно развиваются на протяжении последних двадцати лет, однако в подавляющем большинстве работ режимы генерации кластеров найдены эмпирически на основе анализа конечного состава продуктов абляции, а динамика и механизмы их образования остаются слабо изученными. Ключевой проблемой является выявление фундаментальных принципов

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

наноструктурных материалов методом лазерной абляции. Необходимо тщательное изучение стадий зарождения и роста кластеров с целью обеспечения контроля над процессом их формирования и его оптимизации, управления размерами и свойствами образующихся кластеров и поиска путей синтеза новых наноструктур.

Одной из основных проблем с точки зрения понимания и корректного описания процесса синтеза кластеров при импульсной лазерной абляции является идентификация частиц, образованных вследствие конденсации в расширяющейся лазерной плазме, и частиц, непосредственно эмитируемых с облучаемой поверхности, и выявление роли последних в формировании кластеров. Важнейшей фундаментальной задачей является выявление механизмов прямой эмиссии кластеров для различных типов материалов в зависимости от длины волны и интенсивности излучения. Необходимы также тщательные исследования динамики расширения продуктов лазерного испарения в вакуум и фоновый газ и поведения ионизованной компоненты лазерного факела в условиях образования кластеров, поскольку они определяют протекание реакций конденсации, испарения и коалесценции частиц в газовой фазе. Принципиальным аспектом проблемы является также установление корреляции между теплофизическими и структурными свойствами испаряемых материалов с одной стороны и размерами и свойствами образующихся кластеров с другой.

Таким образом, актуальность указанных проблем формирования кластеров методом лазерной абляции определяется как потребностями фундаментальных исследований поведения вещества на наноразмерньгх масштабах и механизмов формирования наноструктур, так и многочисленными практически важными приложениями, связанными в первую очередь с разработкой и оптимизацией контролируемого метода синтеза наноматериалов.

Целью работы является выявление механизмов и динамики образования кластеров при импульсной лазерной абляции на примере ряда конкретных кластерных систем, имеющих важное значение как для понимания фундаментальных аспектов формирования нанокластеров, так и для приложений, что предполагает:

1. Разработку экспериментальных методик исследования динамики и состава факела при лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе и динамики свободных кластеров, возбужденных лазерным излучением, а также создание соответствующего экспериментального комплекса для проведения исследований с использованием этих методик;

2. Исследование динамики расширения лазерного факела в условиях формирования кластеров, анализ поглощения лазерного излучения в продуктах абляции;

3. Исследование динамики свободных кластеров, возбужденный импульсами лазерного излучения (ионизация, метастабильная фрагментация);

4. Выявление механизмов и условий эффективного образования кластеров при импульсной лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе;

5. Идентификация кластеров, образованных в газовой фазе, и кластеров, эмитированных непосредственно с поверхности, и выявление роли прямой эмиссии в формировании кластеров в газовой фазе;

6. Выявление механизмов прямой эмиссии кластеров с использованием фемтосекундных лазерных импульсов, обеспечивающих «чистые» условия эмиссии без влияния побочных эффектов.

Научная новизна:

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Создан уникальный стенд для исследования потоков газа и плазмы с кластерами. С использованием сочетания масс-спектрометрической и молекулярно-пучковой диагностик разработана оригинальная методика исследования динамики импульсной лазерной абляции в стационарном фоновом газе, в том числе образования и разлета нейтральных и заряженных кластеров.

2. Предложена модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, позволившая впервые описать термическое испарение облучаемого материала и поглощение излучения плазмой в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва. С помощью модели впервые выполнен анализ полного баланса энергии наносекундных лазерных импульсов при абляции ряда материалов.

3. Развита масс-спектрометрическая методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров, возбужденных импульсным лазерным излучением. Обнаружен эффект задержанной ионизации эндофуллерена и найдено, что его потенциал ионизации превышает 6,4 эВ. Впервые измерено время жизни метастабильного триплетного состояния высоковозбужденной свободной молекулы фуллерена

4. Найдены условия эффективного образования оксидных кластеров при лазерной абляции высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в вакууме и в фоновом кислороде. Идентифицирован состав кластеров и впервые прослежена динамика их формирования для различных режимов абляции в фоновом газе от режима рассеяния на газе низкой плотности до пульсирующего режима разлета при высоком давлении газа.

5. Развита масс-спектрометрическая методика исследования химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом.

Впервые измерены сечения реакций окисления молекулярным кислородом атомов Y и Ва при относительных энергиях столкновения 1-7 эВ.

6. Методом лазерной абляции впервые синтезированы в газовой фазе нейтральные кластеры фосфора Р„ (до п = 40) и кластерные катионы Р„+ (до п = 91). Впервые наглядно установлена принципиальная роль прямой эмиссии структурных групп Р6-Р9, являющихся «строительными блоками» кластеров фосфора большего размера в лазерной плазме. Высказано предположение, что магический кластер P21+ имеет структуру додекаэдра, стабилизированную в плазме с помощью дополнительного атома фосфора.

7. Впервые получены в газовой фазе и исследованы нейтральные и положительно заряженные кластеры размером до п = 10 при фемтосекундной лазерной абляции кремния в вакууме. Обнаружена прямая эмиссия кластеров при низких интенсивностях излучения. Впервые получено экспериментальное доказательство реализации кулоновского механизма эмиссии на основании равенства импульсов эмитируемых кластеров. Также впервые зарегистрирована популяция медленных кластеров, происхождение которой связано с развитием фазового взрыва при больших интенсивностях излучения.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что она существенно расширяет существующие представления о процессах формирования кластеров при абляции материалов лазерными импульсами умеренной интенсивности. Полученные в работе экспериментальные данные, предложенная модель лазерной абляции в условиях поглощения излучения плазмой, а также использованные в работе методы и подходы к изучению динамики лазерной абляции и образования кластеров широко используются для интерпретации научных результатов и имеют большое значение для оптимизации процессов синтеза новых наноматериалов и напыления наноструктурных пленок.

Предложенный метод анализа нагрева вещества лазерным излучением с учетом поглощения излучения в нагревающейся плазме открывает новые возможности для исследований условий реализации фазового взрыва и оценки критической температуры материалов. Развитая методика анализа энергобаланса лазерного излучения чрезвычайно полезна для оптимизации технологий, базирующихся на технике импульсной лазерной абляции.

Полученная экспериментальная информация о свойствах молекул фуллерена и эндофуллерена, имеет фундаментальное значение для понимания физики процессов в высоковозбужденных свободных кластерах. Развитая методика исследования динамики кластеров, возбужденных лазерным излучением, может быть широко использована для изучения задержанной ионизации и метастабильной фрагментации в других кластерных системах.

Результаты исследования образования кластеров при лазерной абляции ВТСП имеют большое значение для понимания процессов формирования тонких ВТСП пленок методом лазерной абляции в фоновом газе и оптимизации режимов напыления. Разработанная методика анализа взаимодействия продуктов абляции с фоновым газом открывает новые возможности для исследования кинетики химических реакций при больших энергиях столкновений.

Полученные в работе данные о прямой эмиссии кластеров с поверхности облучаемых материалов, а также результат о принципиальной роли эмитируемых кластеров как «строительных блоков» кластеров большего размера имеет исключительную важность как для понимания механизмов формирования кластеров, так и для разработки эффективного, хорошо контролируемого и управляемого метода синтеза кластеров на основе техники лазерной абляции. Эти результаты открывают также новые возможности для целенаправленного поиска новых стабильных нанокластерных систем, в том числе со структурами типа фуллеренов. Выполненные исследования условий и механизмов образования кластеров при абляции фемтосекундными импульсами имеют фундаментальное значение для понимания физики взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с твердыми телами, а также для развития приложений фемтосекундной лазерной абляции.

Достоверность полученных результатов в первую очередь подтверждается использованием современных методов диагностики, главным образом масс-спектрометрической и молекулярно-пучковой, тщательным анализом погрешностей измерений и тестированием экспериментальных методик на известных режимах. Достоверность полученных данных и выводов подтверждена также исследованиями с применением других экспериментальных методов, проведенных для тех же режимов абляции. Анализ механизмов образования кластеров и их возможных структур опирался на имеющиеся теоретические данные. Ряд экспериментальных результатов по динамике и механизмам лазерной абляции подтверждается сравнением с результатами численного моделирования. При этом в большинстве случаев достигнуто не только качественное, но и количественное совпадение. Достоверность и обоснованность многих полученных экспериментальных результатов подтверждается также тем, что позднее (или одновременно и независимо) они были получены другими исследователями.

На защиту выносятся:

- методы, результаты и рекомендации по исследованию динамики и состава факела при импульсной лазерной абляции твердых тел в вакууме и

в стационарном фоновом газе с использованием масс-спектрометрической диагностики и техники молекулярного (кластерного) пучка;

- модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение; описание теплового механизма лазерной абляции в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва;

- результаты экспериментального исследования поглощения излучения в лазерной плазме и динамики заряженной компоненты факела в условиях поглощения; установление корреляции между степенью поглощения излучения и формированием популяции быстрых ионов лазерной плазмы; результаты анализа энергобаланса при абляции ряда материалов наносекундными лазерными импульсами;

- методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров; результаты исследования динамики молекул фуллерена Сб0 и эндофуллерена Li@C60, возбужденных импульсным лазерным излучением;

- результаты исследования образования кластеров при лазерной абляции ВТСП в вакууме и в фоновом газе и идентификация состава кластеров; установление корреляции между режимами образования кластеров и напыления качественных ВТСП пленок;

- методика исследования химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом и экспериментальные данные по сечениям реакций атомов Y и Ва с О2; результаты исследования пульсирующего режима разлета лазерного факела в фоновом газе;

результаты исследования образования нейтральных и заряженных кластеров фосфора при лазерной абляции; идея о принципиальной роли «строительных блоков» в формировании кластеров фосфора и ее экспериментальное обоснование; гипотеза о стабилизации структуры додекаэдра магического кластера Р21+ в лазерной плазме с помощью дополнительного атома фосфора;

- результаты исследования образования кластеров Sin при абляции кремния наносекундными и фемтосекундными лазерными импульсами; обнаружение прямой эмиссии кластеров кремния; обоснование происхождения эмитированных кластеров механизмами кулоновского и фазового взрывов.

Работа была выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ по темам «Исследование теплофизических свойств материалов, перспективных для энергетики и новой техники» (Гос. per. 01.9.50. 001692), «Гидромеханика, тепломассоперенос и волновые процессы в многофазных и дисперсных системах» (Гос. per. 01.2.00 103366), а также в рамках проекта «Напыление» Государственной

программы по проблеме высокотемпературной сверхпроводимости (№ 410), проекта «Размер» Российской научно-технической программы «Фуллерены и атомные кластеры» (№ 95098), гранта Международного научного фонда и Российского правительства (J3J100), гранта Шведской Королевской Академии наук «Задержанная ионизация кластеров и фуллеренов», грантов РФФИ (№№ 95-03-09012, 97-02-18469, 99-03-33372, 02-03-32221), гранта Международного научно-технического центра (№ 2310), гранта ИНТАС (№ 03-51-5208).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах Института теплофизики СО РАН, Гетеборгского университета (г. Гетеборг, Швеция), Санкт-Петербургского государственного технического университета, Марсельского университета (г. Марсель, Франция), на заседании Шведского Королевского физического общества, на Всесоюзных и Международных конференциях: Всесоюзной конференции по формированию металлических конденсатов (Харьков, 1990), II Всемирном конгрессе по сверхпроводимости Хьюстон (США, 1990), VIII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1990), XI Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов (Ленинград, 1991), III Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, 1991), X Международном Симпозиуме по плазмохимии (Бохум, Германия, 1991), XVIII, и XIX Международных Симпозиумах по динамике разреженных газов (Ванкувер, Канада, 1992; Оксфорд, Англия, 1994;); II Европейской Конференции по механике жидкости (Варшава, Польша, 1994); XII и XI Международных конференциях по малым частицам и неорганическим кластерам (Кобе, Япония, 1994; Страсбург, Франция, 2002), Международном Симпозиуме SPIE "Photonics West" (Сан-Хосе, США, 1995); III, VI и VII Международных конференциях по лазерной абляции (Страсбург, Франция, 1995; Цукуба, Япония, 2001; Ираклион, Греция, 2003), XVI Всероссийском семинаре "Струйные и нестационарные течения в газовой динамике" (Новосибирск, 1995), Весенних митингах Европейского материаловедческого общества по обработке материалов излучением E-MRS'98, E-MRS'01 и E-MRS'03 (Страсбург, Франция, 1998, 2001 и 2003), 363-м Коллоквиуме Общества Евромех "Механика лазерной абляции" (Новосибирск, 1997); IV, V и VI Международных Совещаниях по фуллеренам и атомным кластерам (Санкт-Петербург, 1999, 2001 и 2003); 117 Нобелевском Симпозиуме по физике и химии кластеров (Висби, Швеция, 2000), Гордоновской конференции по взаимодействию лазерного излучения с веществом (Андовер, США, 2000), Всероссийском семинаре «Кинетическая теория и динамика разреженных газов» (Новосибирск, 2002).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 82 печатные работы. Основные результаты содержатся в работах [1-37].

Личный вклад диссертанта в работы, выполненные в соавторстве, заключается в постановках (как лично, так и совместно с соавторами) экспериментальных и теоретических задач, разработке экспериментальных методик и создании использовавшегося в работе экспериментального стенда, построении модели абляции в условиях поглощения излучения в нагревающейся плазме, проведении всех экспериментальных исследований и их анализа совместно с соавторами, в трактовке приведенных в работе результатов моделирования и теоретических данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения (выводов) и списка литературы. Работа изложена на 285 страницах машинописного текста, включая 86 рисунков и 5 таблиц. Список литературы насчитывает 495 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность работы, указывается цель и новизна исследования, дается общая характеристика работы.

В Первой главе рассматриваются основные существующие методы получения кластеров и кластерных пучков. Анализируются различные режимы импульсной лазерной абляции, рассматриваются имеющиеся и потенциальные применения техники лазерной абляции в различных технологиях и научных исследованиях. Обсуждаются особенности и преимущества техники лазерной абляции как метода синтеза нанокластеров. Дается обзор нерешенных проблем в этой области, обсуждаются трудности изучения тех или иных аспектов образования и динамики кластеров, обосновывается выбор объектов исследования настоящей работы.

Во Второй главе приведено описание созданного стенда и экспериментальных методик для исследования динамики лазерного факела, образующегося при взаимодействии импульсов лазерного излучения с твердыми веществами в вакууме и в фоновом газе, образования и разлета нейтральных и заряженных кластеров. В параграфе 2.1 дается общее описание используемой в работе схемы генерации кластеров при лазерной абляции и формирования кластерных пучков. Обосновывается выбор метода диагностики кластеров. Эксперименты проведены при лазерной абляции в вакууме и в стационарном потоке фонового газа (в отличие от лазерного источника кластеров SmaИey с импульсной подачей газа, используемой в большинстве предыдущих исследований). Это позволило

обеспечить фиксированные и хорошо контролируемые условия абляция, что представляется исключительно важным для понимания процессов образования кластеров и корректного определения оптимальных условий абляции. В качестве основного диагностического средства выбрана времяпролетная масс-спектрометрия как наиболее информативный, универсальный и гибкий метод исследования кластерных потоков.

Общая схема экспериментов показана на Рис. 1. Мишень интересующего нас материала помещена в камере абляции (объем ~300 см3), давление фонового газа в которой может варьироваться от глубокого вакуума до сотен Па. Импульс лазерного излучения осуществляет абляцию мишени и формирует факел лазерной плазмы. Динамика разлета факела и его состав в зависимости от условий абляции и являлись основным предметом исследования в данной работе. Условия абляции изменялись путем варьирования интенсивности и длины волны лазерного излучения, давления и сорта фонового газа, расстояния от мишени до выходного отверстия камеры. С помощью системы конических отборников (скиммеров) из факела вырезается кластерный пучок, который транспортируется в высоковакуумную камеру масс-спектрометра для анализа, при этом можно независимо анализировать нейтральные и заряженные частицы пучка. Нейтральные частицы, находящиеся в области регистрации между двумя электродами (Рис. 1) в момент времени т после лазерного импульса, импульсно ионизуются электронным ударом (~1 мкс) или лазерным излучением (~10 не). Образовавшиеся ионы (либо ионы лазерной плазмы) выталкиваются электрическим импульсом в поле дрейфа времяпролетного масс-спектрометра для анализа по массам. Варьирование

К времялролетному масс-спектрометру

Камера лазерной абляции

Фоновый

а

Ф, ^

Плазмо-подавитель

1мпульс ионизации эл пучок, лазер) ,

I

Т

лазеРа Мишень

и

ли

Выталкивающий импульс

10"*- Ю'Па

10' - 10"Т1а

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярный насос

Рис.1. Схема эксперимента

задержки т позволяет получить времяпролетные распределения частиц разного сорта, характеризующие динамику их разлета. При анализе нейтральных частиц собственные ионы плазмы отсекались от проникновения в область регистрации с помощью специально разработанного «плазмоподавителя», представляющего собой систему пластин, отклоняющих ионы в электростатическом поле.

В параграфах 2.2-2.4 изложены общие принципы времяпролетной масс-спектрометрии лазерной плазмы и кластеров, дано описание времяпролетного масс-спектрометра, автоматизированной системы регистрации и управления экспериментом, вакуумной и лазерной систем установки, методики проведения измерений. В качестве масс спектрометра использовался специально разработанный и изготовленный для данных исследований времяпролетный масс-спектрометр типа масс-рефлектрон, имеющий следующие основные характеристики: предельный диапазон измерения масс до 3000 а.е.м; разрешающая способность т/Лт ~ 1000 по ширине пика на половине высоты при ширине области ионизации 7 мм, что позволяет идентифицировать кластеры сложного состава массой до ~1000 а.е.м. по изотопному составу входящих в него элементов; коэффициент транспортировки ионов от области регистрации до точки детектирования составляет 30-50%, что при использовании системы накопления позволяет регистрировать отдельные ионы кластерного пучка; чувствительность регистрации нейтральных частиц пучка (по парциальному давлению аргона в ионном источнике) составляет ~3*10-9 Па. Предельный вакуум в камере масс-спектрометра в условиях проведения экспериментов составляет ~ 10"5 Па. Ряд экспериментов с кремнием (Глава 7) проведен в ультравысоком вакууме ~ 10-8 Па. Система дифференциальной откачки кластерного пучка, включающая три производительных турбомолекулярных насоса, позволяет обеспечивать давление в объеме масс-спектрометра не хуже 10-3 Па при давлении фонового газа в камере абляции до ~ 200 Па. Для абляции использовались в основном лазерные импульсы длительностью То ~10 не в диапазоне длин волн от ИК до УФ (1064 и 532 нм, №:УЛв лазер; 337 нм, N2 лазер; 193 нм, ЛгР лазер). В экспериментах с кремнием использовался также фемтосекундный ТоаррЫге лазер (80 фс; 800,400 и 266 нм).

В работе рассматриваются режимы абляции импульсами низкой или умеренной интенсивности в диапазоне 107-109 Вт/см2 для наносекундных импульсов (соответствующий диапазон плотности энергии ¥о = 0,1-10 Дж/см2) и 1012-1013 Вт/см2 для фемтосекундных импульсов. Это существенно ниже типичных интенсивностей для таких приложений лазерной абляции как генерация ионных пучков, элементный анализ и тем более термоядерный синтез. В рассматриваемых условиях температура плазмы не превышает единиц эВ, а типичная степень ионизации составляет

проценты и меньше. Основная информация о механизмах образования и динамике разлета частиц лазерного факела получена на основе измерения двух типов распределений: (1) распределение частиц факела по массам (или распределение кластеров по размерам) и (2) распределение частиц данной массы по времени пролета т расстояния Ь от мишени до точки регистрации (так называемое времяпролетное распределение). В большинстве случаев (в частности, при абляции в вакууме) мгновенная скорость частицы с хорошей точностью равна поскольку где

- время, прошедшее до начала инерциального разлета частиц в пучке. Разработана также методика независимого измерения скорости частиц по их отклонению в поле дрейфа масс-спектрометра.

В параграфе 2.5 дано описание других экспериментальных методов, используемых в работе: измерение унесенной массы; зондовые измерения заряженной компоненты лазерной плазмы; анализ излучения, прошедшего через лазерную плазму; фотографирование лазерного факела с помощью скоростной 1ССБ камеры. В п. 2.6 приводится анализ погрешностей измерений.

Третья глава посвящена исследованию динамики разлета лазерного факела в условиях образования кластеров. В параграфе 3.1 на основе литературных данных обсуждаются особенности динамики факела при наносекундных лазерных импульсах умеренной интенсивности. Анализируются условия проявления трех основных механизмов абляции -нормального испарения, нетепловой эмиссии и фазового взрыва. Отмечается, что существенное влияние на динамику и состав лазерного факела оказывают процессы поглощения излучения в плазме, приводящие к нагреву плазмы и экранировки поверхности. В низкотемпературной лазерной плазме процесс поглощения развивается лавинным образом (вследствие сильной зависимости коэффициента поглощения от температуры) и изучен довольно слабо. Анализируются существующие модели поглощения и их ограничения.

В параграфе 3.2 описывается предложенная в работе модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. В основе модели лежит предположение о том, что эффект увеличения поглощения вследствие нагревания плазмы может быть охарактеризован одним параметром - величиной плотности поглощенной энергии излучения Еа. Для рассматриваемых условий время обмена энергией между электронами и ионами много меньше длительности импульса, и, следовательно, увеличение температуры плазмы вследствие поглощения АТ= (у—1)Еа/кМ, где у- эффективный показатель адиабаты, N-число испаренных частиц с единицы поверхности. Представляя коэффициент поглощения плазмы в виде - постоянная, и

= п(г,£) - плотность числа частиц факела, ДТ) - некоторая возрастающая функция температуры) и раскладывая _Д7) в ряд по АТ получим (ограничиваясь для случая не слишком сильного поглощения линейным членом) выражение для мгновенного значения оптической толщины факела

Л(0 = а Дг(0 + Ъ Еа{() О)

где Дг(<) - текущее значение глубины а б л я дашиб, - коэффициенты, слабо зависящие от и являющиеся свободными параметрами модели, определяемыми из сопоставления с экспериментом. С помощью модели выполнены расчеты глубины абляции для ряда материалов (графит, ВТСП ниобий) и проведено сравнение с экспериментальными данными, полученными в настоящей работе (Рис.2). При вычислении полагалось, что реализуется тепловой механизм нормального испарения,

Рис 3. Зависимость коэффициента пропускания излучения от интенсивности импульса при абляции графита. Точки — экспериментальные данные, сплошная кривая — расчет. Пунктирная линия - расчет без учета нагрева плазмы по модели R.K. Singh [J.Appl.Phys, 1994, 75,1204].

Рис. 2. Масса, испаренная за импульс с единицы поверхности графита (а) и сверхпроводника YBCO (б). Сплошные линии — расчет. Пороговые значения интенсивности отмечены вертикальной штриховой линией с указанием соответствующей максимальной

температуры поверхности.

так что поток испаряемого вещества подчиняется закону Герца-Кнудсена, а давление паров над поверхностью определяется уравнением Клапейрона-Клаузиуса. В такой постановке модель является обобщением общепринятой тепловой модели лазерной абляции на случай нагрева плазмы в процессе поглощения и позволяет описать термическое испарение в широком диапазоне интенсивностей импульсов Fo от порога абляции до режима развитого поглощения, когда испаренная масса не зависит от Fo (Рис.2).

В параграфе 3.3 приведены результаты экспериментального исследования поглощения излучения в лазерной плазме и сопоставление с модельными расчетами. Измерялся профиль лазерного импульса после прохождения им плазмы, и таким образом определялась энергия Е,г, достигшая поверхности мишени. Результаты для случая абляции графита показаны на Рис. 3. Получено хорошее совпадение эксперимента и расчета, причем в данном случае не использовались подгоночные параметры, поскольку коэффициенты а и b в уравнении (1) были найдены на основе независимых измерений испаренной массы. В п. 3.4 анализируется температура на поверхности и в глубине мишеней при различных интенсивностях облучения. Отмечается, что результаты расчета и эксперимента согласуются только до некоторого порогового значения интенсивности выше которого наблюдается резкое увеличение

выбрасываемой массы вещества (Рис. 2), преимущественно в виде микрокапель. Это указывает на переход к другому режиму (механизму) абляции - фазовому взрыву. Фазовый взрыв реализуется при приближении вещества к пределу термодинамической устойчивости, когда его температура приближается к критической [М.М. Мартынюк. ЖТФ, 1976, 46, 741]. Развитая в настоящей работе модель лазерной абляции, очевидно, не справедлива в этих условиях. В тоже время она позволяет, в сочетании с простыми измерениями скорости абляции, оценивать критическую температуру веществ как максимальную температуру, которая

достигается в веществе при нормальном испарении до возникновения фазового взрыва. Оцененные таким образом значения Тс (с учетом подповерхностного перегрева мишени) составили 15000, 9500 и 10300 К для графита, ниобия и YBCO, соответственно. Применение модели также позволило впервые определить детальный баланс лазерной энергии при абляции наносекундными импульсами. Результаты расчетов для графита и YBCO показаны на Рис. 4. Найдено, что в качестве минимальной интенсивности импульса, при которой следует учитывать эффекты поглощения излучения, можно принять значение оцененное

из условия, что к концу импульса внутренняя энергия слоя, охваченного

06 06 0.4 0.3 Й 0.2 0.1 0.0,

0.9 0.8 0.7 0.6

0.0 и^С--=г-

0 5 10 15

/Ь, Дж/см2

Рис. 4. Энергобаланс излучения Nd:YAG лазера (1064 нм, 13 не) при абляции графита и УВаСиО в зависимости от интенсивности импульса. Здесь Е{ — потери на теплопроводность, Ец — отраженная энергия, Е^ - скрытая теплота испарения, Еи — тепловая энергия испаренных частиц, Еа — энергия, поглощенная в плазме.

Время задержки, мке

Рис. 5. Времяпролетные сигналы ионов углерода для разных интен-сивностей лазерного импульса.

тепловой волной, равна удельной теплоте испарения Ь (здесь X и с -коэффициент теплопроводности и теплоемкость материала мишени).

В параграфе 3.5 представлены результаты зондовых измерений в лазерной плазме. Измерения проведены для тех же режимов, для которых получены данные по поглощению излучения, что позволило установить корреляцию между степенью поглощения и поведением ионов плазмы. На Рис. 5 показана типичная эволюция времяпролетного распределения ионов. При некотором значении Ро (~ 10 Дж/см2 в случае абляции графита) в спектре на фоне тепловых ионов (характерная энергий 1-3 эВ) появляется пик быстрых ионов, энергии которых составляют десятки эВ. При дальнейшем увеличении интенсивности этот пик становится доминирующим. Отмечается, что эффект ускорения ионов лазерной плазмы в самосогласованном амбиполярном поле хорошо известен и для высоких интенсивностей излучения подробно исследован в работах Ю.А. Быковского и др. [ЖЭТФ, 1971, 60, 1306], однако сделанные в них оценки доли ускоренных ионов не позволяют объяснить наблюдаемое ускорение.

В рассматриваемых условиях заметное ускорение ионов начинается с развитием поглощения плазмой лазерного излучения. Появление пика быстрых ионов наблюдается при той же интенсивности, при которой происходит резкое изменение наклона зависимости M(FQ) ДЛЯ испаренной массы, обусловленное экранировкой (ср. Рис. 2 и 5). На основе этих данных Н.М. Булгаковой было показано [Phys. Rev. E, 2000, 62, 5624], что при этом в плазме формируется двухтемпературное распределение электронов, которое определяет ускорение столь значительного числа ионов.

В параграфе 3.6 анализируется возможность аппроксимации времяпролетных сигналов ионов лазерной плазмы функцией распределения по скоростям Максвелла-Больцмана. Показано, что в условиях, когда имеет место ускорение ионов плазмы в амбиполярном электрическом поле, такая процедура не является обоснованной, а параметры лазерного факела, найденные в результате аппроксимации не имеют физического смысла. В п. 3.7 суммируются основные результаты и выводы Главы 3.

В Четвертой главе приведены результаты исследования динамики высоковозбужденных кластеров в газовой фазе на примере молекул фуллерена и эндофуллерена возбужденных импульсным

лазерным излучением. Отмечается, что фуллерены являются удобным модельным объектом для изучения свойств свободных кластеров. В параграфе 4.1 анализируются каналы релаксации энергии возбуждения С60, включающие фрагментацию, ионизацию и излучение кластера. Дано описание методики исследования распада метастабильных состояний возбужденных кластеров и их задержанной ионизации на значительных временах (до 100 мкс) после возбуждения. На Рис. 6 показан типичный

масс-спектр, наблюдаемый при умеренных энергиях возбуждения (~30 эВ), когда основными конкурирующими процессами распада С6о являются задержанная ионизация и диссоциативная ионизация с эмиссией нейтрального димера Найдено, что на сравнительно больших временах после возбуждения (более 10 мкс) выход задержанных ионов не описывается степенной зависимостью Хаиссна-Эхта [Phys. Rev. Lett., 1997, 78, 2337], а уменьшается со временем экспоненциально.

Высказано предположение, что

10 115 120 129 130 135 140 145 159 155

Время пролета (мкс) Рис. 6. Pump-probe сигнал при задержке между лазерными импульсами 1,3 мкс. Интенсивность импульса накачки /*о = 45 мДж/см2 (соответствующая внутренняя энергия С6о ~30 эВ).

снижение скорости задержанной ионизации может быть связано с распадом метастабильного триплетного состояния С60, если его время жизни тт достаточно большое (десятки мкс).

В параграфе 4.2 приведены результаты измерений времени жизни метастабильного триплетного состояния высоковозбужденной молекулы С60- Отмечается, что прямые данные о времени жизни при значительных возбуждениях С6о (характерных для термического испарения или лазерной плазмы) отсутствуют, а измерения при низких температурах дают значения тт ~ 40-100 мкс. Дано описание методики измерения времени жизни на основе схемы pump-probe (накачка - зондирование) с использованием двух задержанных относительно друг друга лазерных импульсов. Первый импульс возбуждает молекулу в метастабильное состояние.

Второй (X, = 193 нм), с энергией кванта больше, чем энергия ионизации из триплетного состояния (5,9 эВ), является зондирующим. Результирующий сигнал (Рис. 6) пропорционален заселенности триплетного состояния в данный момент времени. Найдено, что в диапазоне энергий возбуждения 10-40 эВ время жизни тт практически постоянно и равно ~ 1 мкс. Полученные результаты сопоставляются с известными данными по времени жизни триплетного состояния других систем и анализируются с точки зрения влияния на динамику распада возбужденного С60

Параграф 4.3 посвящен изучению фотоионизации и фотофрагментации молекулы эндофуллерена образованной при

Время пролета, мкс

Рис. 7. Масс-спектр продуктов распада эндофуллерена 1л@Сбо- Интенсивность возбуждающего лазерного импульса 300 мДж/см2.

Рис. 8. Экспериментальное свидетельство задержанной ионизации в эндофуллерене Ы@Сбо при возбуждении импульсами 193 нм (вставка на верхнем рисунке). У С6о задержанная ионизация в этих условиях отсутствует вследствие эффективной однофотонной ионизации из триплетного состояния.

внедрении атома Li внутрь фуллеренового каркаса. Отмечается, что эндофуллерены, открытые практически одновременно с С60, до недавнего времени не были доступны в количествах, достаточных даже для исследовательских целей. В настоящей работе анализировались образцы, синтезированные недавно в группе Е.Е.В. Campbell [/. Phys. Chem. Solids, 1997, 58, 1763], что позволило впервые исследовать динамику возбужденного в контролируемых условиях кластерного пучка.

Найдено, что основным каналами распада 1л@Сбо при небольших энергиях возбуждения (до внутренней температуры кластера ~ 3500 К) являются задержанная ионизация и эмиссия нейтрального атома Li. При больших энергиях возбуждения имеет место также фрагментация с эмиссией

димера С2 (характерный масс-спектр показан на Рис. 7). При дальнейшем увеличении возбуждения канал фрагментации становится доминирующим, а в продуктах распада присутствуют малые кластеры С и ионы Li+. Обнаружен эффект задержанной ионизации эндофуллерена возбужденного УФ лазерным излучением (Рис.8), на основании чего установлено, что потенциал ионизации Li@Ceo превышает 6,4 эВ.

Пятая глава посвящена изучению образования кластеров при импульсной лазерной абляции высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) состава YBa2Cu307.x (YBCO) и GdBa2Cu307.x (GBCO) в условиях, типичных для напыления сверхпроводящих пленок. В параграфе 5.1 обсуждаются особенности импульсной лазерной абляции как метода синтеза ВТСП пленок и нанокластеров. Отмечается, что в настоящее время именно этим методом получены наиболее качественные ВТСП пленки, однако возрастающие требования науки и технологий диктуют необходимость дальнейшего исследования и оптимизации режимов абляции этих многокомпонентных материалов. Отмечается также, что к моменту начала настоящей работы имелись довольно противоречивые сведения о присутствии в факеле кластеров и их роли в синтезе пленок. В ряде масс-спектрометрических исследований факела [напр., Т. Venkatesan et al. Appl. Phys. Lett., 1988, 53, 1431] каких-либо частиц кроме атомов и простых окислов обнаружено не было, в то время как в других экспериментах [С.Н. Becker et al. J. Appl. Phys., 1988, 64, 5152] наблюдались довольно большие кластеры, которые, правда, не были идентифицированы. Имелись также косвенные данные о присутствии кластеров в факеле, в частности, наличие межузелыюго кислорода в пленках, полученных в вакууме, и аномалии в угловых распределениях разных частиц. Противоречие достаточно просто разрешилось в экспериментах настоящей работы.

В параграфе 5.2 приведены результаты исследования образования кластеров при абляции ВТСП в вакууме импульсами 1064 им. Найдено, что

Рис. 9. Масс-спектры частиц лазерного факела при абляции УБТО в вакууме, (а) размер пятна фокусировки излучения на поверхности мишени Б = 0,1 мм; (Ь) И = 1 мм с образованием кратера на поверхности. Интенсивности излучения одинакова для (а) и (Ь) и равна 2,5 Дж/см2.

наличие (или отсутствие) кластеров в продуктах лазерной абляции ВТСП радикальным образом зависит от того, в каких условиях осуществляется процесс абляции, в частности, от размера пятна фокусировки излучения на поверхности мишени. При малых пятнен (~ 0,1 мм и меньше) регистрируются только атомы и двухатомные окислы (Рис. 9,а). При увеличении размера пятна до 1 мм в факеле при определенных условиях наблюдаются нейтральные и заряженные кластеры достаточно сложного состава и большого размера. Эффективность их образования еще возрастает, когда под действием излучения на поверхности мишени формируется углубление (кратер). Масс-спектр кластеров для этого случая показан на Рис. 9,Ь. Такое поведение кластеров свидетельствует, что они образуются в результате конденсации в расширяющемся лазерном факеле, а не эмитируются непосредственно с мишени. В последнем случае трудно ожидать столь сильной зависимости выхода кластеров от размера пятна. Для реализации конденсационного механизма увеличение пятна сказывается благоприятно, поскольку приводит к увеличению числа столкновений в факеле. Проводя аналогию с конденсацией в сверхзвуковых газовых струях Hagena et э1. I. Скет. Рку$. 1972, 56, 1793], можно утверждать, что кратер играет роль сверхзвукового сопла, а размер лазерного пятна соответствует диаметру его выходного отверстия.

Даже при максимальных пятне облучения и глубине кратера кластеры образуются лишь в узком диапазоне интенсивностей облучения (~ 1-3

Рис. 10. Распределения по скоростям положительно заряженных кластеров УзО/ и УцО^*, а также некоторых нейтральных атомов и молекул в лазерном факеле при лазерной абляции УВСО в вакууме (Р0 = 2,5 Дж/см2).

о' г V б з Скорость, км/с

Дж/см2 при абляции в вакууме). Порог их регистрации совпадает с появлением в факеле ионов, что свидетельствует о стимулирующей роли ионов, являющихся центрами конденсации. При доля

поглощенной в плазме энергии импульса превышает 30% (Рис. 4,Ь), и температура факела становится, очевидно, слишком высокой для формирования кластеров. Показано, что в прямых продуктах абляции присутствуют молекулы YO ^ёО) и ВаО, являющиеся зародышами при образовании кластеров. Найдено также, что скорости нейтральных и заряженных кластеров близки и слабо зависят от их массы в широком диапазоне размеров кластеров. Типичные распределения по скоростям некоторых частиц факела показаны на Рис. 10. Это также указывает на конденсационную природу наблюдаемых кластеров.

Высокая разрешающая способность масс-спектрометра позволила идентифицировать состав кластеров. Найдено, что основными строительными блоками кластеров являются оксиды или

которых может быть в кластере произвольное количество, и к которым обязательно присоединен один или несколько простых окислов МО. Общая химическая формула кластеров может быть записана в виде

(МгОзММОМВаОМСиО), (здесь М = У, Сс1; т, п, к, I - целые числа).

Нейтральные и положительно заряженные кластеры идентичны по составу. Несоответствие состава кластера исходной стехиометрии ВТСП мишени является дополнительным свидетельством, что кластеры не могут быть эмитированы с поверхности.

В параграфе 5.3 представлены результаты исследования абляции ВТСП в фоновом кислороде. Показано, что в этом случае эффективность

Максимум 1у кластеров

ч

увсо/Баю,

\

Рис. 11. Сопоставление режимов лазерного напыления ВТСП пленок и режимов образования кластеров при лазерной абляции ВТСП. Давление фонового кислорода равно 40 Па.

0 2 4 6 8 10 12

(Дж/см2)

образования кластеров существенно возрастает по сравнению с абляцией в вакууме. Фоновый кислород при этом играет двоякую роль: во-первых, поджимает факел и существенно удлиняет столкновительную стадию разлета; во-вторых, участвует в реакциях окисления и кластерообразования. Времяпролетные измерения позволили проследить эволюцию состава факела с давлением (р) и последовательную конверсию атом—»окисел—»кластер. Установлено, что в кластеры переходят преимущественно медленные частицы из ядра факела, претерпевающие большее количество столкновений при разлете. Как и в вакууме, кластеры наблюдаются в сравнительно узком диапазоне интенсивностей излучения, однако «оптимальное» (для формирования кластеров) значение ¥о увеличивается с давлением кислорода и равно ~ 5 Дж/см прир =100 Па. На основе времяпролетных измерений сделаны оценки полного выхода кластеров, свидетельствующие, что при типичных режимах напыления ВТСП пленок (^о = 5 Дж/см2, р = 100 Па) до 30% атомов Y и до 60% атомов Gd переносятся в пленку в виде кластеров. На Рис. 11 показана корреляция между найденными условиями образования кластеров и режимами напыления ВТСП пленок, подробно исследованными в работах Предтеченского и др. [М.Р. Предтеченский. Дисс. д.-ф.-м.н., Новосибирск, 1993]. Установлено, что режимы с образованием кластеров являются благоприятными для напыления в тех случаях, когда имеется структурное несоответствие пленки с подложкой, например, при напылении на сапфир. Высказано предположение, что основная позитивная роль кластеров заключается в том, что они переносят на подложку уже связанный кислород, облегчая тем самым формирование сверхпроводящей фазы. Если структура подложки хорошо соответствует структуре ВТСП, как, например, у то оптимальным является послойный рост пленки, и

кластеров при напылении желательно избегать.

Рис. 12. Зависимость сигнала атомов иприя со скоростью V = 3 км/с (время задержки г = 66 мкс, кинетическая энергия атомов 4.2 эВ) от давления фонового СЬ (•) и Аг (о). Интенсивность импрьса лазерного излучения = 4,5 Дж/см2. Линия соответствует аппроксимации данных с помощью зависимости (2).

В параграфе 5.4 описывается развитая в работе методика исследований химических реакций продуктов абляции с химически активным фоновым газом. Методика основана на том, что при достаточно низких давлениях газа ослабление лазерного факела во многом аналогично рассеянию на газе молекулярного пучка, так что поток частиц / на детектор, удаленный от мишени на расстояние d, описывается законом

^К) = /0ехр(-ст1и4</), (2)

где /о - поток в вакууме, пь - плотность частиц фонового газа, а5 - полное сечение рассеяния атомов, равное сумме упругого сечения рассеяния и сечения ог химической реакции. Этим можно воспользоваться для измерения сечений реакций при относительных энергиях столкновения характерных для частиц лазерного факела (1-10 эВ для рассматриваемых режимов). С помощью методики проведен масс-спектрометрический анализ взаимодействия продуктов абляции УВСО с фоновым кислородом низкого давления (до -10 Па) и измерены сечения реакций атомов У и Ва с С>2. Сечение оа измерялось путем использования аргона в качестве фонового газа, имеющего практически одинаковое газокинетическое сечение с молекулой На Рис. 12 показана зависимость сигнала 1(р) атомов иттрия с кинетической энергией 4,2 эВ при абляции в СЬ и Аг. Измеренные значения оа и ггг приведены в Таблице 1.

В параграфе 5.5 рассматривается динамика разлета лазерного факела в фоновый газ достаточно высокого давления (более ~10 Па). В этом случае имеет место сложное гидродинамическое взаимодействие продуктов абляции с газом, сопровождающееся формированием системы ударных волн, а разлет факела имеет пульсирующий характер. Пульсирующий режим разлета факела был ранее предсказан на основе аналогии с сильным

Рис. 13. Времяпролетные распределения нейтральных частиц лазерного факела при абляции УБСО в вакууме (темные точки либо сплошные линии), в фоновом кислороде при давлении 25 Па (штрих-пунктирная линия) и в кислороде при давлении 40 Па (светлые точки). Интенсивность лазерного излучения ^ = 5 Дж/см2.

взрывом и привлекался для моделирования некоторых аспектов лазерной абляции [М.Я. Рге^есИешку й а1. Арр1. Бирегсопй., 1993, 1, 2011]. Развитая в настоящей работе масс-спектро-метрическая диагностика лазерного факела, расширяющегося в газ, позволила впервые зарегистрировать пульсации лазерного факела на поздних стадиях его расширения. Типичные времяпролетные распределения основных частиц лазерного факела при абляции УБСО в кислороде показаны на Рис. 13. В вакууме все частицы прилетают в область регистрации в виде узкого пакета во времени. При увеличении давления фонового газа времяпролетный сигнал замедляется и уширяется, а начиная с давления -10 Па отчетливо наблюдается вторая пульсация, реализующаяся на значительных временах (порядка 100 мкс) после лазерного импульса. Для молекулы ВаО удалось зарегистрировать также третью пульсацию. Приведены данные моделирования разлета факела в фоновом газе на основе газодинамической модели, разработанной Н.М. Булгаковой [I. Рку$. Б, 1995, 28, 1710]. Показано, что на динамику факела в рассматриваемых условиях существенно влияют процессы ионизации и рекомбинации в плазме, с учетом которых удалось описать пульсации факела без подгоночных параметров. Отмечается, что пульсирующий режим разлета играет важную роль в синтезе кластеров методом лазерной абляции, поскольку позволяет поддерживать высокую плотность частиц в течение длительного времени и приводит к формированию вихревых структур на периферии факела.

Шестая глава посвящена исследованию образования кластеров фосфора при импульсной лазерной абляции. В п. 6.1. анализируются потенциальные наноструктуры фосфора. Отмечается, что фосфор имеет наибольшее количество аллотропных модификаций среди всех элементов, поэтому можно ожидать большого разнообразия структур его кластеров. Приведены имеющиеся теоретические данные о потенциальных структурах кластеров Р„, включающих два основных семейства — полые каркасы и цепи. В литературе предсказан целый ряд стабильных кластеров Рп (п > 8), энергетически более выгодных, чем молекула Р4. Топологический анализ В.И. Косякова [Изв. СО АН СССР, сер. хим. наук, 1982, №9, 96] и недавние квантово-механические расчеты [G. Seifert, et al. Eur. Phys. J. D, 2001, 16, 341] предсказывают особую стабильность кластера Р2о со структурой додекаэдра, соответствующей минимально возможному фуллерену. Отмечается также, что предсказанные структуры фосфорных кластеров до сих пор не были подтверждены экспериментально.

В параграфе 6.2 представлены результаты исследования образования кластеров при абляции в вакууме красного кристаллического фосфора лазерными импульсами видимого (532 нм) и УФ (337 нм) диапазонов. Найдено, что при определенных условиях имеет место необычайно эффективное образование нейтральных и заряженных кластеров. На Рис. 14

Рис. 14. Масс-спектр положительно заряженных кластеров фосфора при лазерной абляции импульсами 532 нм интенсивностью 300 мДж/см2. Стрелками, обозначенными «10» и «14» показаны «чистые» кластеры Р|0+ и Р|4\

показан масс-спектр положительно заряженных кластеров Р„+, полученный при «оптимальной» интенсивности излучения 532 нм. Зарегистрированы кластеры с высокой концентрацией в факеле и размером до п = 91. При этом не требуется наличия фонового газа и формирования кратера на поверхности. Заряженные кластеры являются преимущественно нечетными, что объясняется локализацией заряда в кластере. Доминирующими («магическими») кластерами в масс-спектре являются

катионы что свидетельствует об их особой стабильности в

данных условиях. Преобладание магического кластера Р^ над соседями еще более ярко выражено в случае абляции излучением 337 нм (Рис. 15,6). Как и в случае абляции ВТСП, большие кластеры Р„ (в том числе РгО

наблюдаются в довольно узком диапазоне ¥0, И незначительное отклонение от оптимальной интенсивности излучения в любую сторону приводит к резкому уменьшению их концентрации (Рис. \5,а,с). В то же время малые кластеры наблюдаются в

гораздо более широком диапазоне интенсивностей излучения, и их концентрация непрерывно возрастает с увеличением ^о. Четные заряженные кластеры имеют низкую концентрацию, а для размеров п > 24 вообще не наблюдаются, что свидетельствует об их относительно невысокой стабильности. Кроме того, все четные кластерные катионы наблюдаются совместно с дополнительным, более интенсивным,

Рис. 15. Масс-спектр кластерных катионов фосфора при лазерной абляции красного фосфора лазерными импульсами 337 нм для трех интенсивностей лазерного излучения.

пиком, отделенным от чисто фосфорного пика на 1 а.е.м. (Рис. 14) и обусловленным реакцией кластеров фосфора с газовыми примесями мишени (водородом и кислородом). Найдено, что при абляции фосфора эффективно образуются и отрицательно заряженные кластеры Р„". Они также являются преимущественно нечетными, однако магические числа для Рп* другие (п = 13, 17 и 23). Доминирующим кластерным анионом

является Р^.

В экспериментах настоящей работы впервые были зарегистрированы нейтральные кластеры фосфора Рп с размером п > 8 (Рис. 16). В отличие от кластерных катионов, нейтральные кластеры являются четными. Магические числа наблюдаются для п = 10 и 14, а на размере п = 22 имеется явный локальный минимум. Сделаны оценки относительного содержания в факеле нейтральных и заряженных кластеров и найдено, что для оптимальных условий концентрации нейтральных кластеров по

меньшей мере на порядок выше, чем концентрации соответствующих катионов.

В параграфе 6.3 приведены результаты исследования продуктов

ВРЕМЯ ПРОЛЕТА (икс)

Рис. 16. Масс-спектр нейтральных кластеров Р„ при лазерной абляции красного фосфора лазерными импульсами 532 нм интенсивностью 300 мДж/см2 (условия абляции те же, что для Рис. 14).

абляции фосфора лазерными импульсами дальнего УФ диапазона (193 нм). Найдено, что эффективность образования кластеров фосфора в этом случае значительно ниже по сравнению с абляцией импульсами 532 и 337 нм. При этом преимущественно образуются гидрированные кластеры, наибольшую

Р23Н6

и нейтральные

концентрацию среди которых имеют катион кластеры

В параграфе 6.4 анализируется механизм образования кластеров фосфора при лазерной абляции. Исследование динамики разлета факела показало, что все наблюдаемые кластеры, за исключением самых малых размеров, имеют одинаковую скорость, несмотря на столь большую разницу в массах (Рис. 17,Ь). Это свидетельствует о конденсационной природе достатрчно больших кластеров фосфора. С другой стороны, малые кластеры ведут себя в тех же условиях иначе. Их выход

возрастает с увеличением а скорости зависят от размера кластера и заметно больше, чем скорости больших кластеров (Рис. 17,а). Такое

поведение характерно для прямой эмиссии малых кластеров с поверхности красного фосфора под действием излучения. На основании этих наблюдений высказано предположение, что эмитируемые малые кластеры играют роль заготовок или «строительных блоков» кластеров больших размеров. При этом важно, чтобы эмитируемые заготовки были все-таки больше молекулы чтобы процесс

формирования кластеров не закончился с образованием стабильного четырехмера Именно эмиссией структурных групп мишени Р6-Р9 объясняется

Рис. 17. Распределения по скоростям малых {а) и больших (Ь)

кластеров фосфора, полученных при лазерной абляции импульсами видимого излучения (532 нм) с интенсивностью 300 мДж/см

(а) Р2;

(Ь) 1,

Рис. 18. Структуры, предложенные для некоторых кластеров фосфора, наблюдаемых в эксперименте. Серым кружком показан четырехкоординирован-ный атом Р в магическом кластерном катионе

W) Р, (е) Рв (О Р,

столь эффективное образование кластеров фосфора при абляции в вакууме. Для проверки предположения были проведены эксперименты с термическим испарением красного фосфора в несущий газ, когда исходный пар состоит в основном из димера Рг. Использовался источник кластеров конструкции группы Haberland [M. Schmidt et al. Phys. Rev. Lett, 1997, 79, 99], эффективность которого была продемонстрирована для целого ряда материалов. Условия испарения и разлета варьировались в широких пределах, однако нейтральных кластеров фосфора больших, чем Р4, при термическом испарении обнаружено не было.

В параграфе 6.5 анализируются возможные структуры кластеров фосфора, образующихся при лазерной абляции. Отмечается, что наличие минимума в распределении нейтральных кластеров на размере п = 22 (Рис. 16,6) свидетельствует о присутствии в факеле кластеров со структурой типа фуллерена. Действительно, Р22 является единственным кластером в диапазоне размеров п = 10-60, для которого геометрически невозможно построить полый полиэдр с фуллереновой структурой. В то же время кластер Р22 со структурой цепи не является, как это следует из имеющихся расчетов, каким-либо особенным среди остальных «цепочечных» кластеров (вероятная его структура показана на Рис.18,а). Выдвинуто предположение

о том, что магический кластерный катион Р2, имеет предсказываемую в расчетах фуллереновую структуру додекаэдра, стабилизированную в лазерной плазме с помощью дополнительного четырехкоординированного атома Р, несущего заряд (Рис. \%,Ь). Отмечается, что малые кластеров Рб-Рэ, образующиеся вследствие прямой эмиссии с поверхности, образованы, очевидно, из структурных групп красного фосфора (наиболее вероятные структуры показаны на Рис. lS,c-f). В п. 6.6 суммированы основные результаты и выводы Главы 6, а также сформулированы наиболее перспективные направления дальнейших исследований кластеров фосфора и их структур.

s о

Si s

s'- Ч

I

Si30 г -1-1

/

--,-1-,-,-,_

Рис. 19. Масс-спектр нейтральных кластеров при лазерной абляции кремния в вакууме излучением 532 нм. Расстояние мишень - точка регистрации Ь = 200 мм, интенсивность импульса Дж/см2, время задержки т = 53 мкс. У атомарного пика указан изотоп Si30 (естественное содержание 3,05%).

10 20 30 4

ВРЕМЯ ПРОЛЕТА (МКС)

Седьмая глава посвящена исследованию образования кластеров кремния при импульсной лазерной абляции. В п. 7.1 анализируются особенности лазерной абляции кремния. Отмечается, что абляция ковалентных полупроводников имеет ряд специфических особенностей, таких как (а) сильная нетепловая эмиссия быстрых атомов и ионов; (б) аномально высокая концентрация ионов в продуктах абляции, особенно при низких интенсивностях излучения (с) сильная зависимость эффективности абляции от состояния поверхности (степень окисления, фазовое состояние). Анализируются имеющиеся в литературе данные по образованию кластеров кремния методом лазерной абляции. Отмечается, что контролируемый синтез нанокластеров кремния, основного элемента электроники, представляет особый интерес для нанотехнологий. Обсуждается широко дискутируемый в литературе вопрос о времени задержки начала конденсации по отношению к импульсу лазера при абляции кремния в фоновом газе.

В параграфе 7.2 приведены результаты исследования образования кластеров при абляции монокристаллического кремния наносекундными лазерными импульсами 532 и 193 нм. В п. 7.2.1 рассматривается абляция в вакууме. Зарегистрированы две явно выраженные популяции быстрых (нетепловых) и медленных (тепловых) атомов Si и ионов Si+, и выявлены условия, при которых доминирует та или иная популяция. При абляции излучением 532 нм впервые зарегистрированы нейтральные кластеры Si„ размером до п = 6 (Р'ис. 19), а также заряженные кластеры Si„+ (до п = 8). Интенсивность кластерных пиков монотонно уменьшается с размером, а распределение не имеет каких-либо магических чисел. Кластеры образуются в узком диапазоне интенсивности излучения в условиях, когда в лазерном факеле присутствуют как тепловые, так и быстрые нетепловые ионы и атомы Si. Энергии кластеров имеют промежуточные значения между энергий тепловых и нетепловых мономеров. Отмечается, что однозначному заключению о механизме (механизмах) образования

кластеров препятствует эффективное поглощение лазерного излучения продуктами абляции.

В п. 7.2.2 приведены результаты, полученные при абляции кремния наносекундными импульсами 532 нм в фоновом газе (гелии и кислороде). Как и в случае абляции ВТСП, эффективность образования кластеров кремния резко возрастает с давлением газа, а «оптимальная» (для кластеров) интенсивность Fo увеличивается с ~ 1,5 Дж/см2 в вакууме до ~ 4 Дж/см2 в гелии при давлении 100 Па. Анализируется влияние условий абляции на характеристики напыляемых наноструктурных пленок кремния. Показано, что процесс конденсации в лазерном факеле с образованием кластеров протекает более эффективно при абляции кремния в фоновом кислороде по сравнению с абляцией в гелии. На основе сопоставления времяпролетных распределений кластеров кремния и прямых измерений их скоростей установлено, что задержка момента образования кластеров Sin по отношению к импульсу абляции не превышает 1 мкс.

В параграфе 7.3 приведены результаты исследований образования кластеров кремния при фемтосекундной лазерной абляции. В п. 7.3.1 рассмотрены основные особенности взаимодействия с веществом ультракоротких лазерных импульсов. Отмечены два аспекта, обеспечивающие уникальность условий абляции вещества импульсами фемтосекундной длительности: (а) прецизионная локализация лазерной энергии в пределах пятна облучения, поскольку можно пренебречь диссипацией энергии за счет теплопроводности; (б) отсутствие поглощения излучения в плазме, поскольку абляция происходит после окончания импульса. Это обеспечивает «чистые» условия для анализа механизмов формирования кластеров. Отмечается также, что, вследствие узкого углового распределения факела, при фемтосекундной лазерной абляции создаются благоприятные условия для конденсационного образования кластеров.

В параграфе 7.3.2 приведены результаты масс-спектрометрического исследования состава и динамики разлета продуктов фемтосекундной лазерной абляции кремния. Эксперименты проведены в ультравысоком вакууме ~10"8 Па с атомно-чистой поверхностью кремния (100) с использованием трех длин волн - 800,400 и 266 нм (длительность импульса 80 фс). Измерены пороги эмиссии ионов Si+, равные ~ 100, 40 и 10 Дж/см2 для длин волн 800, 400 и 266 нм, соответственно. Анализ поверхности облученных мишеней показал, что данные пороги эмиссии совпадают с порогами модификации (аморфизации) кристаллического кремния. Наряду с эмиссией мономеров, обнаружена эффективная эмиссия малых кластеров Sin, заряженных и нейтральных. Зарегистрированы нейтральные кластеры Si„ размером до п = 7 и кластерные катионы Si„+

размером до п = 11. В некоторых условиях суммарная концентрация кластеров достигает 10% от общего числа частиц в продуктах абляции. Найдено, что кластеры наблюдаются во всем диапазоне ^о, начиная с порога эмиссии ионов Найдено также, что эффективность эмиссии кластеров, а также распределение их по размерам существенно зависят от того, какое число N предварительных выстрелов было произведено по данному месту на поверхности мишени. Типичная эволюция масс-спектра кластерных ионов кремния с увеличением N показана на Рис. 20. Если для свежей поверхности наиболее эффективно образуются

относительно большие кластеры (п > 4), а кластер является

магическим, то по мере «обстрела» поверхности распределение трансформируется в монотонно убывающее с размером. При спектр стабилизируется. Отмечается, что это является одним из новых проявлений обнаруженного недавно инкубационного эффекта [I. Боше й а1. Appl. РНуз. A, 2002, 74, 19], заключающегося в том, что последовательное воздействие фемтосекундных лазерных импульсов приводит к снижению порога аморфизации кремния.

Рис. 20. Масс-спектры кластерных катионов,

полученные при абляции кремния фемтосекундными лазерными импульсами (80 фс, 800 нм) для различного числа выстрелов N сделанных предварительно по одному и тому же месту поверхности. Интенсивность излучения ^ = 350 мДж/см2.

Приводятся данные для интегрального выхода ионов и димеров Sit в режиме многократного облучения в зависимости от интенсивности импульса (Рис. 21). Установлено, что выход кластеров увеличивается с Fq не так быстро, как выход мономеров, следовательно, относительная доля кластеров в продуктах абляции максимальна при низких интенсивностях, вблизи порога эмиссии. Отмечается, что вплоть до интенсивностей ~3Fth реализуется режим десорбции (эмитируется за импульс меньше монослоя вещества), так что столкновения частиц в газовой фазе отсутствуют, а наблюдаемые в этих условиях кластеры являются продуктами прямой эмиссии с поверхности.

В параграфе 7.3.3 на основе времяпролетных распределений частиц анализируются механизмы эмиссии кластеров кремния под действием фемтосекундных лазерных импульсов. На Рис. 22 показаны распределения ионов Si+ и Si2+ для трех значений Fo. При низких интенсивностях импульса наиболее вероятные времена прилета

отличаются в два раза (Рис. 22,а), следовательно эти частицы имеют одинаковый импульс. Равенство импульсов мономеров и малых кластеров наблюдается и для других длин волн излучения. Это в свою очередь указывает на то, что эмиссия ионов осуществляется в результате их электростатического выталкивания из заряженного поверхностного слоя (так называемого кулоновского взрыва). Впервые кулоновский взрыв

10'

-,—.........■—.......

10 100 1000

F„, мДж/см2

Рис. 21. Интегральный выход У ионов БГ^ и 512+ в зависимости от интенсивности фемтосекундного лазерного импульса для трех длин волн. Линиями показаны аппроксимации экспериментальных зависимостей степенной фикцией у - .

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА 33

Рис. 22. Времяпролетные распределения ионов Si+, Si2+ и Si6+ для трех значений интенсивности F0 фемтосекундного импульса с длиной волны 800 нм.

обнаружен при фемтосекундной абляции сапфира [R. Stoian et al. Phys. Rev. В, 2000, 62, 13167] при измерении скоростей ионов А1+ и 0+. В настоящей работе показано, что кулоновский взрыв может быть выявлен и для простого вещества на основе анализа скоростей эмитируемых кластеров. При увеличении интенсивности импульса до некоторого нового порогового

значения F~ 4,5 F\h наблюдается появление популяции гораздо более

медленных тепловых кластеров, которая отчетливо отделена от первой и, очевидно, обусловлена другим механизмом. Скорости этих частиц слабо зависит от размера кластера, а в масс-спектре присутствуют магические кластеры Si4 и Si$. Эти наблюдения, а также выброс микрокапель с

поверхности при указывают на то, что кластеры медленной

популяции образуются в результате фазового взрыва.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Создан высоковакуумный стенд для исследования потоков газа и плазмы с кластерами. Стенд оснащен масс-спектрометрической и молекулярно-пучковой диагностиками и позволяет исследовать динамику лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе, в том числе образование и разлет нейтральных и заряженных кластеров.

2. Предложена модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение, и осуществлена ее экспериментальная проверка. Модель позволяет описать термическое испарение облучаемого материала и поглощение излучения плазмой в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва. Установлена корреляция между степенью поглощения излучения и формированием быстрой популяции ионов лазерной плазмы. С помощью модели впервые выполнен анализ полного баланса энергии наносекундных лазерных импульсов при абляции ряда материалов.

3. Развита масс-спектрометрическая методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров, возбужденных импульсным лазерным излучением. Впервые измерено время жизни триплетного состояния высоковозбужденной молекулы С60 и найдено, что в диапазоне энергий возбуждения 10-40 эВ время жизни равно ~ 1 мкс. Обнаружен эффект задержанной ионизации эндофуллерена 1л@Сбо, возбужденного УФ лазерным излучением. Установлено, что потенциал ионизации превышает 6,4 эВ.

4. Найдены условия эффективного образования оксидных кластеров при лазерной абляции ВТСП УВагСизОх и С(1Ва2СизОх в вакууме и в фоновом кислороде. Показано, что основные кластеры имеют состав (М2Оз)т(МО)п(ВаО)к(СиО)1 (М = У, Ос1; т, п, к, 1 - целые числа) и образуются в результате конденсации в относительно холодном ядре лазерного факела. Впервые прослежена динамика формирования кластеров для различных режимов абляции в фоновом газе от режима рассеяния на газе низкой плотности до пульсирующего разлета факела. Установлена корреляция между режимами образования кластеров и напыления качественных ВТСП пленок на сапфире.

5. Развита масс-спектрометрическая методика анализа кинетики химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом. Измерены сечения реакций атомов Y и В а с молекулярным кислородом при относительных энергиях столкновений 1-7 эВ.

6. Методом лазерной абляции впервые синтезированы в газовой фазе нейтральные кластеры фосфора Р„ (до п = 40) и кластерные катио д о п = 91). Найдено, что заряженные кластеры являются преимущественно нечетными, а нейтральные - четными, с магическими кластерами Р7+и Рг1+ и соответственно. Показано, что большие кластеры (п > 9) образуются в результате конденсации в лазерном факеле. Установлена принципиальная роль прямой эмиссии структурных групп являющихся «строительными блоками» кластеров фосфора. Выявлены условия абляции, когда катион Рг1+ доминирует в факеле. Высказано предположение, что магический кластер имеет структуру додекаэдра, стабилизированную в лазерной плазме с помощью дополнительного атома фосфора.

7. Впервые получены в газовой фазе и исследованы нейтральные и положительно заряженные кластеры при фемтосекундной лазерной абляции кремния в вакууме. Обнаружена прямая эмиссия кластеров при низких интенсивностях излучения. Для длин волн 800, 400 и 266 нм определены пороги эмиссии, совпавшие с порогами модификации поверхности кристаллического кремния. Установлено, что последовательное воздействие серии лазерных импульсов приводит к уменьшению размеров эмитируемых кластеров. Найдено, что вблизи порога эмиссии катионы имеют одинаковый импульс, что объяснено Кулоновским механизмом эмиссии. При больших интенсивностях излучения зарегистрирована медленная популяция кластерных ионов, происхождение которой связано с развитием другого механизма абляции - фазового взрыва.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, I.M. Sher, A.N. Yanuta, Mass-spectrometric study of the processes for high temperature superconducting film deposition, Progress High Temp. Supercond., 1990, Vol. 22, pp. 109-111.

2. A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, Study of laser plasma expansion for YBaCuO film deposition, J. Electrochem. Soc, 1991, Vol. 138, No. 4, p. 221С.

3. A.B. Булгаков, Б.Н. Козлов, А.П. Майоров, И.И. Пилюгин, М.Р. Предтеченский, В.Г. Щебелин, Тепловая структура облака вещества, испаренного импульсом лазерного излучения, Письма в ЖТФ, 1991, т. 17, вып. 21, с. 18-22.

4. A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, Cluster formation in the laser-induced plasma

plume created above an YBaCuO superconducting target, Proc. 18th Int. Symp. Rarefied Gas Dynamics, University of British Columbia, Vancouver, Canada, July 26-31,1992, pp. PE6-PE8.

5. M.P. Предтеченский, А.В. Булгаков, А.П. Майоров, А.В. Рощин, Метод

"Кнудсеновской" сетки для исследования состава и энергии частиц, падающих на подложку при лазерном напылении пленок, Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, вып. 16, с. 43-48.

6. M.R. Predtechensky, A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, A.V. Roshchin, Substrate surface effect on laser-induced plasma characteristics for thin film deposition, Appl. Superconductivity, 1993, Vol. 1, Nos. 10-12, pp. 19952003.

7. A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, Cluster formation in the laser-induced plasma plume created above an YBaCuO superconducting target, Progress in Astronautics and Aeronautics, 1994, Vol. 158, pp. 311-323.

8. А. В. Булгаков, А. П. Майоров, М. Р. Предтеченский, А. В. Рощин. Масс-спектрометрическое наблюдение пульсирующего разлета лазерного факела во внешний газ. Письма в ЖТФ, 1994, том 20, вып. 18, с. 1-6.

9. Б.Н. Козлов, И.И. Пилюгин, В.Г. Щебелин, А.В. Булгаков, А.П. Майоров, М.Р. Предтеченский, Масс-спектрометрический анализ состава и скоростей разлета продуктов лазерной абляции: Происхождение продуктов абляции YBaCuO керамики, ЖТФ, 1994, т. 64, вып. 9, с. 154-167.

10. A.V. Bulgakov, A. P. Mayorov, M.R. Predtechensky, Gas-phase oxidation reactions and cluster formation during laser ablation of and GdBa2Cii307.x superconductors, 7th Int. Symp. on Small Particles and Inorganic Clusters, Sept. 12--16, 1994, Kobe, Japan, Book of Abstracts, Paper 13pC-91.

11. A.V. Bulgakov, Mass spectrometric study of gas-phase oxidation reactions during laser ablation of YBaCuO, SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 75-86.

12. N. M. Bulgakova, A. V. Bulgakov. Dynamics of laser ablation of YBaCuO superconductor: Effect of ionization/recombination processes. SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 87-94.

13. A. V. Bulgakov, N. M. Bulgakova, Modeling of laser-induced plume expansion into ambient gas for thin film deposition. SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 95-104.

14. A. V. Bulgakov, N. M. Bulgakova. Dynamics of laser-induced plume expansion into an ambient gas during film deposition. J. Phys. D: Appl. Phys, 1995, Vol. 28, No. 8, pp. 1710-1718.

15. B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, Particle number density and velocity distributions in laser plume, Mikrochimica Acta, 1995, Vol. 120, p. 111-119.

16. A.V. Bulgakov, M.R. Predtechensky, A.P. Mayorov, Transport of neutral atoms, monoxides and clusters in the plume produced by laser ablation of УВа2Сиз07.х in oxygen environment, Appl. Surf. ScL, 1996, Vol. 96-98, p. 159-163.

17. A. V. Bulgakov and N. M. Bulgakova. Gas-dynamic effects of the interaction between a pulsed laser-ablation plume and the ambient gas: Analogy with an underexpanded jet. J. Phys. D: Appl. Phys., 1998, Vol. 28, pp. 693-703.

18. О.Ф. Бобренок, М.Р. Предтеченский, А.В. Булгаков, Влияние условий лазерного напыления кремниевых пленок на их фотолюминесцентные свойства, Теплофизика и аэромеханика, 1998, Т. 5, № 2, с. 291-295.

19. А.В. Булгаков, Н.М. Булгакова. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. Квантовая электроника, 1999, т. 27, № 2, стр. 154-158.

20. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, V.I. Kosyakov, Laser ablation synthesis of phosphorus clusters, Chem. Phys. Lett, 2000, Vol. 320, Nos. 1-2, p. 19-25.

21. F. Rohmund, A.V. Bulgakov, M. Heden, A. Lassesson, E.E.B. Campbell, Photoionisation and photofragmentation of Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 323, Nos. 1-2, p. 173-179.

22. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok. Double layer effects in laser-ablation plasma. Phys. Rev. E, 2000, Vol. 62, pp. 5624-5635.

23. N.M. Bulgakova, AV. Bulgakov. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normal vaporization to phase explosion. Appl. Phys. A, 2001, Vol. 73, No. 2, p. 199-208.

24. F. Rohmund, M. Heden, A.V. Bulgakov, E.E.B. Campbell, Delayed ionisation of Сбо: The competition between ionisation and fragmentation revisited, J. Chem. Phys. 2001, Vol.115, No. 7, pp. 3068-3073.

25. A. Lassesson, AV. Bulgakov, M. Heden, F. Rohmund, E.E.B. Campbell, Laser desorption studies of the fragmentation of The Physics and Chemistry of Clusters, Proc. Nobel Symp. Vol.117, World Scientific, 2001, p. 298-300.

26. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, V.I. Kosyakov, I. Ozerov, W. Marine, M. Heden, F. Rohmund, E.E.B. Campbell, Phosphorus clusters: Synthesis in the gas-phase and possible cage-like and chain structures, Физика Твердого Тела, 2002, Т. 44, № 4, с. 594-598.

27. N.M. Bulgakova, AV. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Pulsed laser ablation and critical phenomena. Appl. Surf. ScL, 2002, Vol. 197-198C, p. 89-92.

28. Н.М. Булгакова, А.В. Булгаков. Модели импульсной лазерной абляции. Кинетическая теория и динамика разреженных газов, Матер. Всерос. Семинара, НГАСУ, Новосибирск, 2002, с. 42-43.

29. М. Heden, A.V. Bulgakov, К. Mehlig, E.E.B. Campbell, Determination of the triplet state lifetime of vibrationally excited C6o, J. Chem. Phys., 2003, Vol. 118, No. 16, p. 7161-7164.

30. I. Ozerov, D. Nelson, A.V. Bulgakov, W. Marine, M. Sentis. Synthesis and laser processing of ZnO nanocrystalline thin films. Appl. Surf. Sci. 2003, Vol. 212-213C, p. 349-352.

31.1. Ozerov, A.V. Bulgakov, D. Nelson, R. Castell, M. Sentis, W. Marine. ZnO ablation by UV laser (193 nm): Nanoaggregates in gaseous state. J. Phys IV, 2003, Vol. 108, No. 1, p. 37-40.

32. A.V. Bulgakov, I. Ozerov, W. Marine. Cluster emission under femtosecond laser ablation of silicon. Thin Solid Films, 2004, Vol. 453-454C, p. 557-561.

33. K. Mehlig, K. Hansen, M. Heden, A. Lassesson, A.V. Bulgakov, E.E.B. Campbell, Energy distributions in multiple photon absorption experiments, J. Chem. Phys., 2004, Vol. 120, No. 9, p. 4281-4288.

34. N.Y. Bykov, N.M. Bulgakova, A.V Bulgakov, G.A. Lukianov. Pulsed laser ablation of metals in vacuum: DSMC study versus experiment. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1097-1100.

35. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, L.P. Babich. Energy balance of pulsed laser ablation: Thermal model revised. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 46, p. 1323-1326.

36. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, I. Ozerov, W. Marine, S. Giorgio, A. Lassesson, E.E.B. Campbell. Phosphorus clusters production by laser ablation. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1369-1372.

37. A.V. Bulgakov, I. Ozerov, W. Marine. Silicon clusters produced by femtosecond laser ablation: Non-thermal emission and gas-phase condensation. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1591-1594.

Ц7349

РНБ Русский фонд

2005-4 12521

Подписано к печати 15 сентября 2004 г. Заказ № 121 Формат 60/84/16. Объем 2 уч.-изд. л. Тираж 130 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. Акад. Лаврентьева, 1

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Импульсная лазерная абляция и синтез кластеров ]

1.1. Кластеры, наночастицы и методы их синтеза

1.2. Воздействие лазерного излучения на вещество и его применения

1.3. Особенности лазерной абляции как метода синтеза кластеров

1.4. Нерешенные проблемы в синтезе кластеров методом лазерной абляции. Выбор объектов исследования.

Глава 2. Экспериментальная установка для исследования газа и плазмы с кластерами

2.1. Генерация кластеров при лазерной абляции и формирование кластерных пучков. Выбор метода диагностики кластеров.

2.2. Времяпролетная масс-спектрометрия лазерной плазмы и кластеров

2.2.1. Ионный источник масс-спектрометра.

2.2.2. Отражатель, детектор, система регистрации и управления экспериментом.

2.2.3. Общая характеристика масс-спектрометра.

Предельный диапазон регистрируемых масс.

2.3. Вакуумная и лазерная системы. Источник кластерного пучка

2.4. Методика проведения экспериментов. Времяпролетные распределения, частиц лазерного факела. Измерение скорости кластеров.

2.5. Другие методы диагностики, используемые в работе

2.6. Погрешности измерений

Глава 3. Динамика расширения лазерного факела в условиях формирования кластеров

3.1. Особенности динамики факела при наносекундных лазерных импульсах умеренной интенсивности. Экранировка излучения.

3.2. Тепловая модель лазерной абляции в условиях российская

ГОСУДАРСТВЕННА БИБЛИОТЕК*

Ж 94образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение

3.3. Экспериментальное исследование поглощения излучения в плазме. Сравнение с результатами моделирования.

3.4. Нагрев материала мишени при нормальном испарении. Переход к фазовому взрыву. Баланс энергии при наносекундной лазерной абляции

3.5. Зондовые измерения в лазерной плазме. Ускорение ионов и корреляция с поглощением излучения в плазме

3.6. Об аппроксимации времяпролетных сигналов ионов равновесной функцией распределения частиц по скоростям

Представленная работа посвящена изучению процессов формирования кластеров при испарении (абляции) твердых веществ импульсами лазерного излучения умеренной интенсивности. В работе исследованы механизмы и условия образования кластеров, а также динамика процессов, протекающих в этих условиях в продуктах абляции.

Разработка и исследование эффективных методов синтеза кластеров - малых частиц нанометровых и субнанометровых размеров — диктуется потребностями быстро прогрессирующих современных нанотехнологий. Кластеры, являясь особым состоянием вещества, проявляют свойства, отличные как от свойств составляющих их атомов (молекул), так и свойств массивного материала. Изучение путей формирования кластеров и стабильных наноструктур на их основе имеет фундаментальное значение для понимания поведения вещества на наноразмерных масштабах.

Техника импульсной лазерной абляции является одним из основных инструментов современных нанотехнологий. Использование достаточно коротких (наносекундные и короче) лазерных импульсов позволило достичь в последнее время значительного прогресса в таких направлениях как напыление наноструктурных пленок и создание новых наноматериалов. К достоинствам импульсной лазерной абляции как метода синтеза кластеров относятся ее универсальность по отношению к материалу, возможность практически исключить наличие посторонних примесей, гибкость метода и возможность контроля процесса роста кластеров. Именно этим методом были открыты углеродные фуллерены, эндофуллерены и ряд других стабильных наносистем.

Ввиду сложности явления лазерной абляции, включающего в себя процессы поглощения излучения твердым телом, его плавление и испарение, формирование плазменного факела испаренного материала и его расширение в окружающее пространство, фотоэмиссию электронов и прямую эмиссию кластеров с облучаемой поверхности, химические реакции и реакции кластерообразования в факеле и другие процессы, до сих пор это явление изучено недостаточно. В особенности это касается аспекта, связанного с формированием кластеров. Исследования кластеров, образованных при импульсной лазерной абляции, активно развиваются на протяжении последних двадцати лет, однако в подавляющем большинстве работ режимы генерации кластеров найдены эмпирически на основе анализа конечного состава продуктов абляции, а динамика и механизмы их образования остаются невыявленными. Необходимо тщательное изучение стадий зарождения и роста кластеров для управления процессом их формирования, его оптимизации и поиска путей синтеза новых наноструктур.

Одной из основных проблем с точки зрения понимания и корректного описания процесса синтеза кластеров при импульсной лазерной абляции является идентификация частиц, образованных вследствие конденсации в расширяющейся лазерной плазме, и частиц, непосредственно эмитируемых с облучаемой поверхности, и выявление роли последних в формировании кластеров. Важнейшей фундаментальной задачей является выявление механизмов прямой эмиссии кластеров для различных типов материалов в зависимости от длины волны и интенсивности излучения. Необходимы также тщательные исследования динамики расширения продуктов лазерного испарения в вакуум и фоновый газ и поведения ионизованной компоненты лазерного факела в условиях образования кластеров, поскольку они определяют протекание реакций конденсации, испарения и коалесценции частиц в газовой фазе.

Таким образом, актуальность указанных проблем формирования кластеров методом лазерной абляции определяется как потребностями фундаментальных исследований поведения вещества на наноразмерных масштабах и механизмов формирования наноструктур, так и многочисленными практически важными приложениями, связанными в первую очередь с разработкой и оптимизацией контролируемого метода синтеза наноматериалов.

Целью работы является выявление механизмов и динамики образования кластеров при импульсной лазерной абляции на примере ряда конкретных кластерных систем, имеющих важное значение как для понимания фундаментальных аспектов формирования нанокластеров, так и для приложений, что предполагает:

1. разработку экспериментальных методик исследования динамики и состава факела при лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе и динамики свободных кластеров, возбужденных лазерным излучением, а также создание соответствующего экспериментального комплекса для проведения исследований с использованием этих методик;

2. исследование динамики расширения лазерного факела в условиях формирования кластеров, анализ поглощения лазерного излучения в продуктах абляции;

3. исследование динамики свободных кластеров, возбужденных импульсами лазерного излучения (ионизация, метастабильная фрагментация);

4. выявление механизмов и условий эффективного образования кластеров при импульсной лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе;

5. идентификация кластеров, образованных в газовой фазе, и кластеров, эмитированных непосредственно с поверхности, и выявление роли прямой эмиссии в формировании кластеров в газовой фазе;

6. выявление механизмов прямой эмиссии кластеров с использованием фемтосекундных лазерных импульсов, обеспечивающих «чистые» условия эмиссии без влияния побочных эффектов.

Научная новизна:

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Создан уникальный стенд для исследования потоков газа и плазмы с кластерами. С использованием сочетания масс-спектрометрической и молекулярно-^ пучковой диагностик разработана оригинальная методика исследования динамики импульсной лазерной абляции в стационарном фоновом газе, в том числе образования и разлета нейтральных и заряженных кластеров.

2. Предложена модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, позволившая впервые описать термическое испарение облучаемого материала и поглощение излучения плазмой в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва. С помощью модели впервые выполнен анализ полного баланса энергии наносекундных лазерных импульсов при абляции ряда материалов.

3. Развита масс-спектрометрическая методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров, возбужденных импульсным лазерным излучением. Обнаружен эффект задержанной ионизации эндофуллерена Li@C6o и найдено, что его потенциал ионизации превышает 6,4 эВ.

Впервые измерено время жизни метастабильного триплетного состояния высоковозбужденной свободной молекулы фуллерена С60.

4. Найдены условия эффективного образования оксидных кластеров при лазерной абляции ВТСП в вакууме и в фоновом кислороде. Идентифицирован состав кластеров и впервые прослежена динамика их формирования для различных режимов абляции в фоновом газе от режима рассеяния на газе низкой плотности до пульсирующего режима разлета при высоком давлении газа.

5. Развита масс-спектрометрическая методика анализа кинетики химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом. Впервые измерены сечения реакций окисления атомов Y и Ва молекулярным кислородом при относительных энергиях столкновения 1-7 эВ.

6. Методом лазерной абляции впервые синтезированы в газовой фазе нейтральные кластеры фосфора Рп (до п = 40) и кластерные катионы Рп+ (до п = 91). Впервые наглядно установлена принципиальная роль прямой эмиссии структурных групп Pg—Р9, являющихся «строительными блоками» кластеров фосфора большего размера в лазерной плазме. Высказано предположение, что магический кластер Р2]+ имеет структуру додекаэдра, стабилизированную в плазме с помощью дополнительного атома фосфора.

7. Впервые получены в газовой фазе и исследованы нейтральные и положительно заряженные кластеры Sin размером до п - 10 при фемтосекундной лазерной абляции кремния в вакууме. Обнаружена прямая эмиссия кластеров при низких интенсивностях излучения. Впервые получено экспериментальное доказательство реализации кулоновского механизма эмиссии на основании равенства импульсов эмитируемых кластеров. Также впервые зарегистрирована популяция медленных кластеров, происхождение которой связано с развитием фазового взрыва при больших интенсивностях излучения.

Практическая ценность работы состоит в том, что она существенно расширяет существующие представления о процессах формирования кластеров при абляции материалов лазерными импульсами умеренной интенсивности. Полученные в работе экспериментальные данные, предложенная модель лазерной абляции в условиях поглощения излучения плазмой, а также использованные в работе методы и подходы к изучению динамики лазерной абляции и образования кластеров широко используются для интерпретации научных результатов и имеют большое значение для оптимизации процессов синтеза новых наноматериалов и напыления наноструктурных пленок.

Предложенный метод анализа нагрева вещества лазерным излучением с учетом поглощения излучения в нагревающейся плазме открывает новые возможности для исследований условий реализации фазового взрыва и оценки критической температуры материалов. Развитая методика анализа энергобаланса лазерного излучения чрезвычайно полезна для оптимизации технологий, базирующихся на технике импульсной лазерной абляции.

Полученная экспериментальная информация о свойствах молекул фуллерена и эндофуллерена, в том числе первые данные о потенциале ионизации молекулы Li@C60, имеет фундаментальное значение для понимания физики процессов в высоковозбужденных свободных кластерах. Развитая методика исследования динамики кластеров, возбужденных лазерным излучением, может быть широко, использована для изучения задержанной ионизации и метастабильной фрагментации в других кластерных системах.

Результаты исследования образования кластеров при лазерной абляции ВТСП имеют большое значение для понимания процессов формирования тонких ВТСП пленок методом лазерной абляции в фоновом газе и оптимизации режимов, напыления. Разработанная методика анализа взаимодействия продуктов абляции с фоновым газом открывает новые возможности для исследования кинетики химических реакций при больших энергиях столкновений.

Полученные в работе данные о прямой эмиссии кластеров с поверхности облучаемых материалов, а также результат о принципиальной роли эмитируемых кластеров как «строительных блоков» кластеров большего размера имеет исключительную важность как для понимания механизмов формирования кластеров, так и для разработки эффективного, хорошо контролируемого и управляемого метода синтеза кластеров на основе техники лазерной абляции. Эти результаты открывают также новые возможности для целенаправленного поиска новых стабильных нанокластерных систем, в том числе со структурами типа фуллеренов. Выполненные исследования условий и механизмов образования кластеров при абляции фемтосекундными импульсами имеют фундаментальное значение для понимания физики взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с твердыми телами, а также для развития приложений фемтосекундной лазерной абляции.

Достоверность полученных результатов в первую очередь подтверждается использованием современных методов диагностики, главным образом масс-спектр о метрической и молекулярно-пучковой, тщательным анализом погрешностей измерений и тестированием экспериментальных методик на известных режимах. Достоверность полученных данных и выводов подтверждена также исследованиями с применением других экспериментальных методов, проведенных для тех же режимов абляции. Анализ механизмов образования кластеров и их возможных структур опирался на имеющиеся теоретические данные. Ряд экспериментальных результатов по динамике и механизмам лазерной абляции подтверждается сравнением с результатами численного моделирования. При этом в бол ыиинстве случаев достигнуто не только качественное, но и количественное совпадение без каких-либо подгоночных параметров. Достоверность и обоснованность многих полученных экспериментальных результатов подтверждается также тем, что позднее (или одновременно и независимо) они были получены другими исследователями.

Полученные результаты и их интерпретация определяют основные защищаемые положения. На защиту выносятся:

1. Методы, результаты и рекомендации по исследованию динамики и состава факела при импульсной лазерной абляции твердых тел в вакууме и в стационарном фоновом газе с использованием масс-спектрометрической диагностики и техники молекулярного (кластерного) пучка.

2. Модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. Описание теплового механизма лазерной абляции в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва.

3. Результаты экспериментального исследования поглощения излучения в лазерной плазме и динамики заряженной компоненты факела в условиях поглощения. Установление корреляции между степенью поглощения излучения и формированием популяции быстрых ионов лазерной плазмы. Результаты анализа энергобаланса при абляции ряда материалов наносекундными лазерными импульсами.

4. Методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров. Результаты исследования динамики молекул фуллерена С60 и эндофуллерена Li@C60, возбужденных импульсным лазерным излучением.

5. Результаты исследования образования кластеров при лазерной абляции ВТСП в вакууме и в фоновом газе и идентификация состава кластеров. Установление корреляции между режимами образования кластеров и напыления качественных ВТСП пленок.

6. Методика исследования химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом и экспериментальные данные по сечениям реакций атомов Y и Ва с 02. Результаты исследования пульсирующего режима разлета лазерного факела в фоновом газе.

7. Результаты исследования образования нейтральных и заряженных кластеров фосфора при лазерной абляции. Идея о принципиальной роли «строительных блоков» в формировании кластеров фосфора и ее экспериментальное обоснование. Гипотеза о стабилизации структуры додекаэдра магического, кластера-Р2+, в лазерной плазме с помощью дополнительного атома фосфора.

8. Результаты исследования образования кластеров Sin при абляции» кремния» наносекундными и фемтосекундными лазерными импульсами. Обнаружение прямой эмиссии кластеров кремния. Обоснование происхождения эмитированных кластеров механизмами кулоновского и фазового взрывов.

Работа была выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ по темам «Исследование теплофизических свойств материалов, перспективных для энергетики и новой техники» (Гос. per. 01.9.50. 001692), «Гидромеханика, тепломассоперенос и волновые процессы в многофазных и дисперсных системах» (Гос. per. 01.2.00 103366), а также в рамках

- проекта № 410 «Напыление» Государственной программы по проблеме высокотемпературной сверхпроводимости (1989-1994 гг.);

- проекта № 95098 «Размер» Российской научно-технической программы «Фуллерены и атомные кластеры» (1995-1997 гг.);

- гранта J3J100 Международного научного фонда и Российского правительства «Формирование фуллеренов в источнике с лазерным испарением» (1995-1996 гг.);

- гранта Шведской Королевской Академии наук «Задержанная ионизация кластеров и фуллеренов» (1999-2000 гг.);

- гранта РФФИ 95-03-09012 «Кинетика образования фуллеренов при лазерном испарении: влияние температуры газового окружения» (1995-1997 гг.)

- гранта РФФИ 97-02-18469 «Роль кластеров в формировании наноструктурных люминесцирующих пленок полупроводников методом лазерной абляции» (19971999 гг.);

- гранта РФФИ 99-03-33372 «Кластеры фосфора и нитрида бора: возможность и пути образования фуллеренов» (1999-2001 гг.);

- гранта РФФИ 02-03-32221 «Нанокластеры фосфора, мышьяка и сурьмы: синтез методом лазерной абляции и возможные фуллереновые структуры» (2002-2004 гг.)

- гранта 2310 Международного научно-технического центра (ISTC) «Синтез кластеров при импульсной лазерной абляции» (2003-2004 гг.)

- гранта 5208 ИНТАС «Механизмы образования кластеров при импульсной лазерной абляции» (2004 г.).

Личный вклад автора в работы, опубликованные в соавторстве, заключается в постановках (как лично, так и совместно с соавторами) экспериментальных и теоретических задач, разработке экспериментальных методик и создании использовавшегося в работе экспериментального стенда, построении модели абляции в условиях поглощения излучения в нагревающейся плазме, проведении всех экспериментальных исследований и их анализа совместно с соавторами, в трактовке приведенных в работе результатов моделирования и теоретических данных.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах ИТ СО РАН, Санкт-Петербургского государственного технического университета, Гетеборгского университета (г. Гетеборг, Швеция), Марсельского университета (г. Марсель, Франция), на заседании Шведского Королевского физического общества, на Всесоюзных и Международных конференциях:

- Всесоюзная конференция по формированию металлических конденсатов, Харьков, 1990 г.;

- Second World Congress on Superconductivity, Houston, USA, 1990;

- VIII Всесоюзная конференция по взаимодействию оптического излучения с веществом, Ленинград, 1990 г.;

- XI Всесоюзная конференция по динамике разреженных газов, Ленинград, 8-13 июля 1991 г.;

- III Всесоюзное совещание по высокотемпературной сверхпроводимости, Харьков, 1991 г.;

- 10th International Symposium on Plasma Shemistry, Bochum, Germany, 1991;

- 18th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Vancouver, Canada, 1992;

- 19th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Oxford University, England, 1994;

- 2nd European Fluid Mechanics Conference, Warsaw, Poland, 1994;

- 7th International Symposium on Small Particles and Inorganic Clusters, Kobe, Japan, Sept. 12-16, 1994;

- SPIE International Symposium "Photonics West", San Jose, USA, 1995;

- 3rd International Conference on Laser Ablation (COLA'95), Strasbourg, France, May 2226, 1995;

- XVI Всероссийский семинар "Струйные и нестационарные течения в газовой динамике", Новосибирск, 1995; ^

- EUROMECH Colloquium 363 "Mechanics of laser ablation", Novosibirsk, Russia, 1997;

- European Material Research Spring Meeting E-MRS'98, Strasbourg, France, June 16-19, 1998;

- 4th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC'99), St. Petersburg, Oct. 4-8, 1999;

- Nobel Symposium 117 on the Physics and Chemistry of Clusters, Visby, Sweden, June 27-July 2, 2000;

- 5th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC'2001), July 2-6, 2001;

- E-MRS 2001 Spring Meeting on Photon-Induced Processing, Strasbourg, France, 2001;

- 6th International Conference on Laser Ablation (COLA'Ol), Tsukuba, Japan, 2001;

- 11th International Conference on Small Particles and Inorganic clusters (ISSPIC11), Strasbourg, France, Sept. 9-13, 2002;

- Gordon Research Conference on Laser Interactions with Materials, Andover, USA, August 1-6, 2000;

- Всероссийский семинар «Кинетическая теория и динамика разреженных газов», Новосибирск, 2002 г.;

- E-MRS 2003 Spring Meeting on Photonic Processing of Surfaces, Thin Films, and Devices, Strasbourg, France, 2003;

- 6th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC'2003), St. Petersburg, June 30 - July 4, 2003;

- 7th International Conference on Laser Ablation (COLA'03), Heraklion, Crete, Greece, Oct. 5-10, 2003.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты диссертации:

1. Создан высоковакуумный стенд для исследования потоков газа и плазмы с кластерами. Стенд оснащен масс-спектрометрической и молекулярно-пучковой диагностиками и позволяет исследовать динамику лазерной абляции в вакууме и в фоновом газе, в том числе образование и разлет нейтральных и заряженных кластеров.

2. Предложена модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение, и осуществлена ее экспериментальная проверка. Модель позволяет описать термическое испарение облучаемого материала и поглощение излучения плазмой в широком диапазоне интенсивностей лазерных импульсов от порога абляции до перехода к режиму фазового взрыва. Установлена корреляция между степенью поглощения излучения и формированием быстрой популяции ионов лазерной плазмы. С помощью модели впервые выполнен анализ полного баланса энергии наносекундных лазерных импульсов при абляции ряда материалов.

3. Развита масс-спектрометрическая методика исследования распада метастабильных состояний и задержанной ионизации кластеров, возбужденных импульсным лазерным излучением. Впервые измерено время жизни триплетного состояния высоковозбужденной молекулы С6о и найдено, что в диапазоне энергий возбуждения 10-40 эВ время жизни равно ~ 1 мкс. Обнаружен эффект задержанной ионизации эндофуллерена Li@C60, возбужденного УФ лазерным излучением. Установлено, что потенциал ионизации Li@C6o превышает 6,4 эВ.

4. Найдены условия эффективного образования оксидных кластеров при лазерной абляции ВТСП YBa2Cu3Ox и GdBa2Cu3Ox в вакууме и в фоновом кислороде. Показано, что основные кластеры имеют состав (M203)m(MO)n(BaO)k(CuO)i (М = Y, Gd; m, n, k, 1 - целые числа) и образуются в результате конденсации в относительно холодном ядре лазерного факела. Впервые прослежена динамика формирования кластеров для различных режимов абляции в фоновом газе от режима рассеяния на газе низкой плотности до пульсирующего разлета факела. Установлена корреляция между режимами образования кластеров и напыления качественных ВТСП пленок на сапфире.

5. Развита масс-спектрометрическая методика анализа кинетики химических реакций продуктов лазерной абляции с окружающим газом. Измерены сечения реакций атомов Y и Ва с молекулярным кислородом при относительных энергиях столкновений 1-7 эВ.

6. Методом лазерной абляции впервые синтезированы в газовой фазе нейтральные кластеры фосфора Рп (до п = 40) и кластерные катионы Рп+ (до п = 91). Найдено, что заряженные кластеры являются преимущественно нечетными, а нейтральные - четными, с магическими кластерами Р7+и P2i+ и Р10, Рм> соответственно. Показано, что большие кластеры (п > 9) образуются в результате конденсации в лазерном факеле. Установлена принципиальная роль прямой эмиссии структурных групп Рб - Р 9, являющихся «строительными блоками» кластеров фосфора. Выявлены условия абляции, когда катион P2i+ доминирует в факеле. Высказано предположение, что магический кластер r2i имеет структуру додекаэдра, стабилизированную в лазерной плазме с помощью дополнительного атома фосфора.

7. Впервые получены в газовой фазе и исследованы нейтральные и положительно заряженные кластеры Sin (до п = 10) при фемтосекундной лазерной абляции ' кремния в вакууме. Обнаружена прямая эмиссия кластеров при низких интенсивностях излучения. Для длин волн 800, 400 и 266 нм определены пороги эмиссии, совпавшие с порогами модификации поверхности кристаллического кремния. Установлено, что последовательное воздействие серии лазерных импульсов приводит к уменьшению размеров эмитируемых кластеров. Найдено, что вблизи порога эмиссии катионы Si, Si2 и Si3 имеют одинаковый импульс, что объяснено Кулоновским механизмом эмиссии. При больших интенсивностях излучения зарегистрирована медленная популяция кластерных ионов, происхождение которой связано с развитием другого механизма абляции -фазового взрыва.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. П.П. Кулик, Г.Э. Норман, JI.C. Полак. Химические и физические кластеры, Химия высоких энергий, 1976, т. 10, № 3, с. 203-220.

2. С.П. Губин. Химия кластерных соединений новое научное направление, Вестник АН СССР, 1984, № 1, с. 55-59.

3. Ю.И. Петров. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986, -367 с.

4. Metal Clusterws. Eds. F. Trager and G.Z. Putlitz, Springer, Berlin a.o., 1986. -200p.

5. A.W. Castleman, Jr., R.G. Keesee. Ionic Clusters, Chem. Rev. 1986, Vol. 86, No. 3, p. 589-618.

6. M.D. Morse, Clusters of transition-metal atoms, Chem. Rev. 1986, Vol. 86, No. 3, p. 1049-1109.

7. O. Echt. Experiments on clusters, Hyperfine Interaction, 1987, Vol. 38, Nos. 1-4, p. 685-698.

8. A.B. Елецкий, Б.М. Смирнов. Свойства кластерных ионов. УФН, т. 159, в. 1, с. 45-81.

9. Zeitschrift fur Physik D, 1991, Vol. 20, Nos. 1-4, Proc. 5th Int. Meeting on Small Particles and Inorganic Clusters, Konstanz, Germany, 1990.

10. Clusters of Atoms and Molecules. Ed. H. Haberland, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1994.

11. Reaction Dynamics in Clusters and Condensed Phases. Eds. J. Jortner, R.D. Levine, B. Pullman, Kluwer Academic, Dordrecht, Holland, 1994.

12. U. Buck. Structure and dynamics of small size selected molecular clusters, J. Phys. Chem. 1994, Vol. 98, No. 20, p. 5190-5200.

13. Б.М. Смирнов. Процессы в плазме и газах с участием кластеров, УФН, 1997, т. 167, № 11, с. 1169-1200.

14. Е.Е.В. Campbell. Atom Cluster, McGrow-Hill 1999 Yearbook of Science and Technology, McGrow-Hill, 1999, New York, p. 40-43

15. C. Lifshitz. Carbon clusters, Int. J. Mass Spectrom., 2000, Vol. 200, Nos. 1-3, p. 423-442.

16. The Physics and Chemistry of Clusters. Eds. E.E.B. Campbell and M. Larsson, Proe. Nobel Symp 117, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2001. 326p.

17. Nanoclusters and Nanocrystals. Ed. H.S. Nalwa, Amer. Scientific Pub., 2003. -336p.

18. H.W. Kroto, J.R. Heath, S.C. O'Brien, R.F. Curl, R.E. Smalley. C60: Buckminsterfullerene. Nature, 1985, Vol. 318, pp. 162-163.

19. S. Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 1991, Vol. 354, p. 5658.

20. S. Iijima, T. Ichihashi. Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Nature, 1993, Vol. 363, p. 603-605.

21. R. Tenne, L. Marguilis, M. Genut, G. Hodes. Polyhedral and cylindricalo structures of tungsten disulphide. Nature, 1992, Vol. 360, p. 444-446.

22. Porous Silicon: Science and Technology. Les Houches 1994 Proc., Eds. J.-C. Vial and J. Derrien, Springer, Berlin, 1995.

23. A. Perez, P. Melinon, V. Dupuis, P. Jensen, B. Prevel. et al., Cluster assembled materials: a novel class of nanostructured solids with original structures and properties. J. Phys. D: Appl. Phys., 1997, vol. 30, No. 5, p. 709-721.

24. R. Tenne, M. Honyonfer, Y. Feldman. Nanoparticles of layered compounds with hollow cage structures (inorganic fullerene-like structures). Chem. Mater., 1998, Vol. 10, No. 11, p. 3225-3238.

25. Y.Q. Zhu, W.B. Hu, W.K. Hsu, H. Terrones, J.P. Hare, P.D. Townsend, H.W. Kroto, D.R.M. Walton. A simple route to silicon-based nanostructures. Adv. Mater., 1999, Vol. 11, No. 10, p. 844-847.

26. B.D. Leskiw, A.W. Castleman Jr. The interplay between the electronic structure and reactivity of aluminum clusters: model systems as building blocks for cluster assembled materials. Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 316, Nos. 1-2, p. 31-36.

27. M. Zhang, M. Yudasaka, S. Iijima. Single-wall carbon nanotubes: a high yield of tubes through laser ablation of a crude-tube target. Chem. Phys. Lett., 2001, Vol. 336, Nos. 3-4, p. 196-200.

28. M.S. Gudiksen, L.J. Lauhon, J. Wang, D.C. Smith, C.M. Lieber. Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics. Nature, 2002, Vol.415, p. 617-620.

29. E.F. Fialko, A.V. Kikhtenko, V.B. Goncharov, K.I. Zamaraev. Molybdenum oxide cluster ions in the gas phase: Structure and reactivity with small molecules. J. Phys. Chem. A, 1997, Vol. 101, No. 46, p. 8607-8613.

30. O.A. Nerushev, R.-E. Morjan, D.I. Ostrovskii, M. Sveningsson, M. Jonsson, F. Rohmund, E.E.B. Campbell. The temperature dependence of Fe-catalyzed growth of carbon nanotubes on silicon substrates. Physica B, 2003, Vol. 323, p. 51-59.

31. M. Andersson, A. Rosen. Catalytic oxidation of hydrogen on free platinum clusters. J. Chem. Phys., 2002, Vol. 117, No. 15, p. 7051-7054.

32. S. Magdassi, O. Toledano, Z. Zakay-Rones. Formation of Novel Colloidal Immunoclusters by Surface-Active Antibodies. J. Colloid & Interface Sci., 1995, Vol. 175, p. 435-439.

33. D.R. Larson, W.R. Zipfel, R.M. Williams, S.W. Clark, M.P. Bruchez, F.W. Wise, W.W. Webb, Water-Soluble Quantum Dots for Multiphoton Fluorescence Imaging in Vivo, Science, 2003, Vol. 300, p. 1434-1436.

34. L.A. Peyser, A.E. Vinson, A.P. Bartko, and R.M. Dickson, Photoactivated Fluorescence from Individual Silver Nanoclusters, Science, 2001, Vol. 291, p. 103-106.

35. W. Henkes, V. Hoffman, F. Mikosch. Ionizer for cluster ion accelerators. Rev. Sci. Instrum., 1977, Vol. 48, No. 6, p. 675-681.

36. T. Ditmire, J.W.G. Tisch, E. Springate, M.B. Mason, N. Hay, R.A. Smith, J. Marangos, M.H.R. Hutchinson, High-energy ions produced in explosions of superheated atomic clusters, Nature, 1997, Vol. 386, p. 54-56.

37. T. Ditmire, J. Zweiback, V.P. Yanovsky, Т.Е. Cowan, G. Hays, K.B. Wharton, Nuclear fusion from explosions of femtosecond laser-heated deuterium clusters, Nature, 1999, Vol. 398, p. 489-492.

38. J. Zweiback, Т.Е. Cowan, R.A. Smith, J.H. Hartley, R. Howell, C.A. Steinke, et al., Characterization of fusion burn time in exploding deuterium cluster plasmas, Phys. Rev. Lett. 2000, Vol. 85, No. 17, p. 3640-3643.

39. Т. Takagi. lonized-cluster beam deposition and epitaxy. Noyes Publications, New Jersey, 1988.

40. T. Takagi. Ionized cluster beam (ICB) deposition and processes. Pure Appl. Chem., 1988, Vol. 60, No. 5, p. 781-792.

41. I. Yamada, Growth processes of epitaxial metal films on semiconductor and insulator substrates by ionized cluster beam, Appl. Surf. Sci. 1989, Vol. 43, p. 2331.

42. P. Melinon, G. Fuchs, B. Cabaud, A. Hoareau, P. Jensen, V. Paillard, M. Treilleux, Low-energy cluster beam deposition: do you need it? J. Phys. I France, 1993, Vol. 3, p. 1585-1603.

43. P. Milani, M. Ferreti, P. Piseri, C.E. Bottani, A. Ferrari, A. Li Bassi, G. Guizzetti, M. Patrini, Synthesis and characterization of cluster assembled carbon thin films. J. Appl. Phys. 1997, Vol. 82, No. 11, p. 5793-5798.

44. M. Ehbrecht, H. Ferkel, F. Huisken, L. Holz, Y.N. Polianov, V.V. Smirnov, O.M. Stelmakh, R. Schmidt. Deposition and analysis of silicon clusters generated by laser-induced gas-phase reaction, J. Appl. Phys., 1995, Vol. 78, No. 9, p. 53025306.

45. Р.Г. Шарафутдинов, A.E. Зарвин, Н.Г. Коробейщиков, В.Ж. Мадирбаев, С.Я. Хмель. Кластеры в импульсной свободной струе смеси моносилан- аргон. Письма в ЖТФ, 1999, т. 25, в. 21, с. 47-51.

46. R. Beuhler, L. Friedman. Larger cluster ion impact phenomena. Chem. Rev., 1986, Vol. 86, No. 3. p. 521-537.

47. J. Gspann. High-intensity ionized cluster beams for surface modification -deposition and erosion. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 1993, Vol. 80-81, Part 2. p. 1336-1339.

48. A. Gruber, J. Gspann, H. Hoffmann, Nanostructures produced by cluster beam lithography. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 1999, Vol. 68, No. 2, p. 197-201.

49. V.N. Popok, S.V. Prasalovich, E.E.B. Campbell. Nanohillock formation by low energy cluster-surface impact. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res B, 2003, Vol. 207, No. 2, p. 145-153.

50. H.P. Longerich, D. Gunther, S.E. Jackson. Elemental fractionation in laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Fresenius J. Analyt. Chem., 1996, Vol. 355, Nos. 5-6, p. 538-542.

51. B. Kozlov, A. Saint, A. Skroce, Elemental fractionation in the formation of particulates, as observed by simultaneous isotopes measurement using laser ablation ICP-TOFMS, J. Analytical Atomic Spectrometry, 2003, Vol. 18, No. 9, p. 1069-1075.

52. Б.М. Смирнов. Генерация кластерных пучков. УФН, 2003, т. 173, № 6, с. 609648.

53. М. Faraday, Experimental relations of gold (and other metals) to light, Philos. Trans. Roy. Soc. Lon., 1857, Vol. 147, p. 145-181.

54. G. Mie. Beitr ge zur optik tr ber medien, speziell kolloidaler metall sungen, Ann. Physik, 1908, Vol. 25, p. 377-445.

55. K.P. Velikov, A. van Blaaderen. Synthesis and characterization of monodisperse core-shell colloidal spheres of zinc sulfide and silica. Lengmuir, 2001, Vol. 17, No. 16, p. 4779-4786.

56. E. Matijevic. Preparation and properties of uniform size colloids. Chem. Materials, 1993, Vol. 5, No. 4, p. 412-426.

57. E.W. Becker, K. Bier, W. Henkes. Strahlen aus kondensierten Atomen und Molekelen in Hochvakuum. Z. Physik, 1956, Vol. 146, p. 333-354.

58. T.A. Milne, F.T. Greene. Mass spectrometric observation of argon clusters in nozzle beams: I. General behavior and equilibrium dimer concentration. J. Chem. Phys. 1967, Vol. 47, No. 10, p. 4095-5002.

59. O.F. Hagena, W. Obert. Cluster formation in expanding supersonic jets: Effect of pressure, temperature, nozzle size, test gas. J. Chem. Phys. 1972, Vol. 56, No. 5, p. 1793-1801.

60. А.А. Востриков, A.K. Ребров, Б.Е. Семячкин. Конденсация SF6, CF2C12 и C02 в расширяющихся струях. ЖТФ, 1980, т. 50, № 11, с. 2425-2428.

61. А.А. Востриков, Д.Ю. Дубов, М.Р. Предтеченский. Молекулярно-пучковое исследование образования и свойств кластеров воды. ЖТФ, 1986, т. 56, № 7, с. 1393-1395.

62. M.JL Александров, Ю.С. Куснер. Газодинамические молекулярные, ионные и кластированные пучки. Д.: Наука, 1989. -272с.

63. С .Я. Хмель, С .Ю. Федоров , Р.Г. Шарафутдинов. Конденс ация смесей моносилан-аргон и моносилан-гелий в свободной струе. ЖТФ, 2001, т. 71, № 6, с. 116-121.

64. J. Gspann. Large clusters of cesium from pure vapor expansion. Z. Phys. D, 1991, Vol. 20, Nos. 1-4, p. 421-423.

65. A.C. Золкин. Источники паров металлов для научных исследований и технологий. Обзорно-информационный материал. Ин-т теплофизики СО РАН, Новосибирск, 1992. -75с.

66. М.М. Kappes, R.W. Kunz, Е. Schumacker. Production of large sodium clusters (Nax, x < 65) by seeded beam expansions. Chem. Phys. Lett., 1982, Vol. 91, No. 6, p. 413-418.

67. J. Pedersen, S. Bjornholm, J. Borggreen, K. Hansen, T.P. Martin, H.D. Rasmussen. Observation of quantum supershells in clusters of sodium clusters. Nature, 1991, Vol. 353, p. 733-735.

68. K. Sattler, J. Muhlbach, E. Recknagel. Generation of metal clusters containing from 2 to 500 atoms. Phys. Rev. Lett., 1980, Vol. 45, No. 10, p. 821-824.

69. К. M. McHugh, H. W. Sarkas, J. G. Eaton, C. R. Westgate and K.'H. Bowen. The Smoke-Ion Source: A Device for the Generation of Cluster Ions via Inert Gas Condensation. Z. Phys. D, 1989, Vol. 12, p. 3-12.

70. W.A. de Heer. The physics of simple metal clusters: experimental aspects and simple models. Rev. Mod. Phys., 1993, Vol. 65, No. 3, p. 611-676.

71. M. Schmidt, R. Kusche, W. Kronmiiller, B. von Issendorff, H. Haberland. Experimental determination of the melting point and heat capacity for a free cluster of 139 sodium atoms. Phys. Rev. Lett., 1997, Vol. 79, No. 1, p. 99-102.

72. T.P. Martin. Compound clusters. Z Phys. D, 1986, Vol. 3, p. 211-217.

73. Atomic and Molecular Beam Methods. Ed. G. Scoles. Oxford University Press. 1988.

74. T.P. Martin, U. Naher, H. Schaber, U. Zimmermann. Clusters of fullerene molecules. Phys. Rev. Lett., 1993, Vol. 70, No. 20, p. 3079-3082.

75. К. Hansen, R. Miiller, H. Hohmann, E.E.B. Campbell. Stability of clusters of fullerenes. Z Phys. D, 1997, Vol. 40, p. 361-364.

76. W. Kratschmer, L.D. Lamb, K. Fostiropoulos, D.R. Huffman. Solid C60: a new form of carbon. Nature, 1990, Vol. 347, p. 354-358.

77. H.R. Siekmann, Ch. Liider, J. Faehrmann, H.O. Lutz, K.H. Meiwes-Broer. The pulsed arc cluster ion source. Z. Phys. D, 1991, Vol. 20, Nos. 1-3, p. 417-420.

78. J.E. Bonevich, M.H. Teng, D.L. Johnson, L.D. Marks. Ultra-high vacuum furnace for sintering studies of ultrafine ceramic particles. Rev. Sci. Instrum., 1991, Vol. 62, No. 12, p. 3061-3067.

79. T. Sone, H. Akatsuka, M. Suzuki. Preparation of carbon clusters by arc-heated expandinf plasma jet. Plasma Sources Sci. TechnoL, 1993, Vol. 2, No. 1, p. 46-50.

80. C. Journet, W.K. Maser, P. Bernier, et al. Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by the electric-arc technique. Nature, 1997, Vol. 388, p. 756758.

81. B.M. Smirnov. Cluster beams from afterglow plasma. J. Phys. D: Appl. Phys., 2000, Vol. 33, No. 2, p. 115-119.

82. N. Blessing, S. Burkart, G. Gantefor. Production of large metallocarbohedrene clusters using a pulsed arc cluster ion source. Europ. Phys. J. D, 2001, Vol. 17, No. 1, p. 37-41.

83. J.Q. Searcy, J.B. Fenn. Clustering of water on hydrated protons in a supersonioc free jet expansion. J. Chem. Phys., 1974, Vol. 61, No. 12, p. 5282-5288.

84. M. Okumura, L.I. Yeh, Y.T. Lee. Infrared spectroscopy of the cluster ions H3+(H2)n. J. Chem. Phys., 1988, Vol. 88, No. 1, p. 79-91.

85. P. Fayet, F. Pattey, H.-V. Roy, Th. Detzel, W.-D. Schneider. Electronic structure of supported mass-selected transition metal clusters: a photoemission study. Surf. Sci., 1992, Vol. 269-270, p. 1101-1108.

86. Ion Bombardment Modification of Surfaces: Fundamentals and Applications. Eds. O. Auciello and R. Kelly, Elsevier, Amsterdam, 1984.

87. A.K. Ребров, С.Я. Хмель, Р.Г. Шарафутдинов. Димеры меди в потоке пара при электронно-лучевом испарении. ЖПМТФ, 19876 № 4, с. 121-125.

88. R. Kelly, A. Miotello. On the mechanisms of target modification by ion beams and laser pulses. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 1997, Vol. 122, p. 374-400.

89. R. Heinrich, A. Wucher. Cluster formation under bombardment with polyatomic projectiles. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 2000, Vol. 164, p. 720-726.

90. G. Taylor. Disintegration of water drops in an electric field. Proc. Roy. Soc., 1964, Vol. 280a, p. 383-397.

91. M. Dole, L.L. Mack, R.L. Hines, R.C. Mobley, L.D. Ferguson, M.B. Alice. Molecular beams of macroions. J. Chem. Phys., 1968, Vol. 49, No. 5, p. 22402249.

92. S.B. DiCenzo, S.D. Berry, E.H. Hartford, Jr. Photoelecton spectroscopy of single size Au clusters collecyed on a substrate. Phys. Rev. B, 1988, Vol. 38, No. 12, p. 8465-8468.

93. Т.Н. Maiman. Stimulated optical radiation in ruby lasers. Nature, 1960, Vol. 187, No. 4736, pp. 493-494.

94. Н.Г. Басов, A.M. Прохоров. Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического излучения вращательных спектров молекул. ЖЭТФ, 1954, т. 27, № 4(10), стр. 431-438.

95. J.P. Gordon, H.J. Zeiger, and С. Н. Townes. Molecular microwave oscillator and new hyperfine structure in the microwave spectrum of NH3. Phys. Rev., 1954, Vol. 95, No. 1, pp. 282-284.

96. D. Bauerle. Laser Processing and Chemistry. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2000.

97. M. Bargheer, J. Pietzner, P. Dietrich, N. Schwentner. Ultrafast laser control of ionic-bond formation: C1F in argon solids. J. Chem. Phys., 2001, Vol. 115, No. 21, pp. 9827-9834.

98. M. Bauer, C. Lei, K. Read, R. Tobey, J. Gland, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn. Direct Observation of Surface Chemistry Using Ultrafast Soft-X-Ray Pulses. Phys. Rev. Lett., 2001, Vol. 87, Paper 025501.

99. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normal vaporization to phase explosion. Appl. Phys. A, 2001, Vol. 73, No. 2, p. 199-208.

100. R.P. Drake, J.J. Carroll III, T.B. Smith, et al. Laser experiments to simulate supernova remnants. Phys. Plasmas, 2000, Vol. 7, No. 5, pp. 2142-2148.

101. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova Rarefaction shock wave: Formation under short pulse laser ablation of solids. Phys. Rev. E, 2001, Vol. 63, Paper 046311.

102. A.A. Веденов, Г.Г. Гладуш. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985.

103. А.Г. Григорьянц. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.

104. A.M. Прохоров, В.И. Конов, И. Урсу, И.Н. Михэилеску. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. М.: Наука, 1988.

105. Ю.А. Быковский, Н.Н. Дегтяренко, В.Ф. Елесин, Ю.П. Козырев, С.М. Сильное. Масс-спектрометрическое исследование лазерной плазмы. ЖЭТФ, 1971, т. 60, № 4, стр. 1306-1319

106. О.Н. Крохин, Г.В. Склизков, А.С. Шиканов. Экспериментальное исследование отражения и поглощения мощного светового излучения в лазерной плазме. Труды ФИАН, 1976, том 85, с. 143-292.

107. М.А. True, J.R. Albritton, Е.А. Williams. Fast ion production by suprathermal electrons in laser fusion plasmas. Phys. Fluids, 1981, Vol. 24, No. 10, pp.18851893

108. E. E. Ловецкий, A. H. Поляничев, В. С. Фетисов. Рекомбинация и ускорение ионов лазерной плазмы. Физика плазмы, 1975, том 1, № 3, с. 773781.

109. J.E. Crow, P.L. Auer, J.E. Allen. The expansion of a plasma in to a vacuum. J. Plasma Physics, 1975, Vol. 14, No. l,pp. 65-76.

110. G.Bednorz, K.A.MUller and M.Takashige. Superconductivity in Alkaline Earth substituted La2Cu04. Science, 1987, Vol. 236, pp. 73-75.

111. Pulsed Laser Deposition of Thin Films. Eds. D. B. Chrisey and G. K. Hubler. New York: Wiley, 1994.

112. Laser Ablation and Deposition. Eds. J. C. Miller and R. F. Haglund. Academic Press, London, 1998.

113. T.G. Dietz, M.A. Duncan, D.E. Powers. R.E. Smalley. Laser production of supersonic metal cluster beams. J. Chem. Phys., 1981, Vol. 74, No. 11, p. 65116512.

114. J.B. Hopkins, P.R.R. Langridge-Smith, M.D. Morse, R.E. Smalley. Supersonic metal cluster beams of refractory metals: Spectral investigation of ultracold Mo2. J. Chem. Phys., 1983, Vol. 78, No. 4, p. 1627-1637.

115. Laser in der Medizin, eds. W. Waidelich et al. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1997.

116. С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов, Ю.В. Ходыко. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970.

117. L. Lynds, B.R. Weinberger, D.M. Potrepka, G.G. Peterson, M.P. Lindsay. High temperature superconducting thin films: The physics of pulsed laser ablation. Physica C, 1989, Vol.159, p. 61-68.

118. R.K. Singh, J. Viatella. Estimation of plasma absorption effects during pulsed laser ablation of high-critical-temperature superconductors. J. Appl. Phys., 1994, Vol. 75, No. 2, pp. 1204-1206.

119. A. Peterlongo, A. Miotello, R. Kelly. Laser-pulse sputtering of aluminum: Vaporization, boiling, superheating, and gas-dynamic effects. Phys. Rev. E, 1994, Vol. 50, No. 6, pp. 4716-4727.

120. A.B. Булгаков, H.M. Булгакова. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. Квантовая электроника, 1999, т. 27, № 2, стр. 154-158. *

121. N.Y. Bykov, N.M. Bulgakova, A.V Bulgakov, G.A. Lukianov. Pulsed laser ablation of metals in vacuum: DSMC study versus experiment. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1097-1100.

122. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, L.P. Babich. Energy balance of pulsed laser ablation: Thermal model revised. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 13231326.

123. A. V. Bulgakov, N. M. Bulgakova. Dynamics of laser-induced plume expansion into an ambient gas during film deposition. J. Phys. D: Applied Physics, 1995, Vol. 28, No. 8, pp. 1710-1718.

124. K.H. Song, X. Xu. Explosive phase transformation in excimer laser ablation. Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 127-129, pp. 111-116.

125. R. Kelly, A. Miotello, A. Mele, A.G. Guidoni, J.W. Hastie, P.K. Schenck, H. Okabe. Gas-dynamic effects in the laser-pulse sputtering of A1N: Is there evidence for phase explosion? ^/зр/. Surf. Sci., 1998, Vol. 133, No. 4, pp. 251-269.

126. J.H. Yoo, S.H. Jeong, X.L. Mao, R. Grief, R.E. Russo. Evidence for phase-explosion and generation of large particles during high power nanosecond laser ablation of silicon. Appl. Phys. Lett., 2000, Vol. 76, No. 6, pp. 783-785.

127. A. Miotello, R. Kelly. Laser-induced phase explosion: New physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperature. Appl Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. S69-S73.

128. M.M. Мартынюк. Параметры критической точки металлов. ЖФХ, 1983, том 57, №4, стр. 810-821.

129. Schmidt Н., Ihlemann J., Wolff-Rottke В., Luther К., Troe J. Ultraviolet laser ablation of polymers: spot size, pulse duration and plume attenuation effects explained. J. Appl. Phys., 1998, Vol. 83, 5458-5468.

130. N. M. Bulgakova, A. V. Bulgakov. Dynamics of laser ablation of YBaCuO superconductor: Effect of ionization/recombination processes. SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 87-94.

131. P. Wagli, T.P. Donaldson. Fast-electron emission and resonance absorption in laser-generated plasma. Phys. Rev. Lett. 1978, Vol. 40, No. 13, pp. 875-8.79.

132. R. Decoste, B.H. Ripin. High-energy ion expansion in laser-plasma interactions. Phys. Rev. Lett. 1978, Vol. 40, No. 1, pp. 34-37.

133. W. Demtroder, W. Jantz. Investigation of Laser-Produced Plasmas from Metal-Surfaces. Plasma Phys., 1970, Vol. 12, 691-703.

134. А.А. Плютто. Ускорение положительных ионов в расширяющейся плазме вакуумных искр. ЖЭТФ, т. 39, № 6(12), стр. 1589-1592.

135. Ю.А. Быковский, В.Г. Дегтярев, Н.Н. Дегтяренко, В.Ф. Елесин, И.Д. Лаптев, В.Н. Неволин. Кинетические энергии ионов лазерной плазмы. ЖТФ, 1972, т. 42, № 3, стр. 658-661.

136. Ю.А. Быковский, В.Н. Неволин. Лазерная масс-спектрометрия. М.: Энергоатомиздат, 1985. -128с.

137. R.L. Morse, C.W. Nielson. Occurrence of high-energy electrons and surface expansion in laser-heated target plasmas. Phys. Fluids, 1973, Vol. 16, No. 6, pp. 909-920.

138. D.B. Geohegan, A.A. Puretzky. Laser ablation plume thermalization dynamics in background gases: Combined imaging, optical absorption and emission spectroscopy, and ion probe measurements. Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, pp. 131-138.

139. S. Metev, M. Ozegowski, G. Sepold, S. Burmester. Plasma parameters in pulsed laser-plasma deposition of thin films. Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, pp. 122125.

140. J. Brcka, M. Alunovic, A. Voss, E.W. Kreutz. Investigation of plasma expansion in the PLD process by means of an electric probe. Plasma Sources Sci. Technol., 1994, Vol. 3, pp. 129-133.

141. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok. Double layer effects in laser-ablation plasma. Phys. Rev. E, 2000, Vol. 62, pp. 5624-5635.

142. X.D. Wu, A. Inam, T. Venkatesan, C.C. Chang, E.W. Chase, P. Barboux, J.M. Tarascon, B. Wilkens. Low-temperature preparation of high Tc superconducting thin films. Appl. Phys. Lett., 1988, Vol. 52, No. 9, pp. 754-756.

143. J.J. Cuomo, D.L. Pappas, J. Bruley, J.P. Doyle, K.L. Saenger. Vapor deposition processes for amorphous carbon films with sp3 fractions approaching diamond. J. Appl. Phys., 1991, Vol. 70, No.3, pp. 1706-1711.

144. R. Jordan, D. Cole, J.G. Lunney, D. Givord, K. Mackay. Pulsed laser ablation of copper. Appl. Surf Sci., 1995, Vol. 86, pp. 24-28.

145. B.A. Бойко, O.H. Крохин, Г.В. Склизков. Исследование параметров и динамики лазерной плазмы при острой фокусировке излучения на твердую мишень. Труды ФИАН, 1974, т. 76, с. 186-228.

146. Н. М. Булгакова. Разлет плазменного сгустка в атмосферу. В кн.: Неравновесные процессы в одно- и двухфазных системах. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1981, с. 87-93.

147. D. В. Geohegan. Fast intensified-CCD photography of YBa2Cu307-x laser ablation in vacuum and ambient oxygen. Appl. Phys. Lett., 1992, Vol. 60, pp. 2732-2734.

148. А. В. Булгаков, А. П. Майоров, М. Р. Предтече не кий, А. В. Рощин. Масс-спектрометрическое наблюдение пульсирующего разлета лазерного факела во внешний газ. Письма в ЖТФ, 1994, том 20, вып. 18, с. 1-6.

149. D.J. Lichtenwalner, О. Auciello, R. Dat, A.I. Kingon. Investigation of the ablated flux characteristics during pulsed laser ablation deposition of multicomponent oxides. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 74, No. 12, p. 7497-7505.

150. A. V. Bulgakov and N. M. Bulgakova. Gas-dynamic effects of the interaction between a pulsed laser-ablation plume and the ambient gas: Analogy with an underexpanded jet. J. Phys. D: Appl. Phys., 1998, Vol. 28, pp. 693-703.

151. A. A. Puretzky, D. B. Geohegan, X. Fan, S. J. Pennycook. Dynamics of single-wall carbon nanotube synthesis by laser vaporization. Appl. Phys. A, 2000, Vol. 70,No.2, pp. 153-160.

152. F. Garrelie, C. Champeaux, A. Catherinot. Study by a Monte Carlo simulation of the influence of a background gas on the expansion dynamics of a laser-induced plasma plume. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. 45-50.

153. С.И. Анисимов, Я.Б. Зельдович. Релей-тейлоровская неустойчивость границы между продуктами детонации и газом при сферическом взрыве. Письма ЖТФ, 1977, т.З, в. 20, с. 1081-1084.

154. R. Sriniwasan. Ablation of polymethyl methacrylate films by pulsed (ns) ultraviolet and infrared (9.17 Jim): A comparative study by ultrafast imaging. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 73, No. 6, p. 2743-2750.

155. A. A. Puretzky, D. B. Geohegan, X. Fan, S. J. Pennycook. In situ imaging and spectroscopy of single-wall carbon nanotube synthesis by laser vaporization. Appl. Phys. Lett. 2000, Vol. 76, No. 2, p. 182-184.

156. A. A. Puretzky, H. Schittenhelm, X. Fan, M.J. Lance, L.F. Allard Jr., D. B. Geohegan. Investigations of single-wall nanotube growth by time restricted laser vaporization. Phys. Rev. B, 2002, Vol. 65, paper 245425.

157. P.E. Dyer, R.D. Greenough, A. Issa, P.H. Key. Spectroscopic and ion probe measurements of KrF laser ablated Y-Ba-Cu-0 bulk samples. Appl. Phys. Lett. 1988, Vol. 53, No. 6, p. 534-536.

158. J.P. Zheng, Z.Q. Huang, D.T. Shaw, H.S. Kwok. Generation of high-energy atomic beams in laser-superconducting target interaction. Appl, Phys. Lett. 1989, Vol. 54, No. 3, p. 280-282.

159. C. Girault, D. Damiani, J. Aubreton, A. Caterinot. Time-resolved spectroscopic study of the KrF laser-induced plasma plume created above an YBaCuO superconducting target. Appl. Phys. Lett 1989, Vol. 55, No. 2, p. 182-182.

160. W. Marine, V. Tokarev, M. Gerri, M. Sentis, E. Fogarassy. Ablation dynamics of silicon based target in oxygen and nitrogen atmosphere. Thin Solid Films, 1994, Vol. 241, Nos. 1-2, p. 103-108.

161. L.A. Doyle, G.W. Martin, A. Al-Khateeb, I, Waver, et al., Electron number density measurements in magnesium laser produced plumes. Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 127129, p. 716-720.

162. D. Breitling, H. Schittenhelm, P. Berger, F. Dausinger, H. Htigel. Shadowgraphic and interferometric investigations on Nd:YAG laser-induced vapor/plasma plumes for different processing wavelengths. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69Suppl., p. S505-S508.

163. H. Wang, A.P, Salzberg, B.R. Weiner. Laser ablation of aluminum at 193, 248, and 351 nm. Appl. Phys. Lett. 1991, Vol. 59, No. 8, p. 935-937.

164. H.C. Le, R.W. Dreyfus, W. Marine, M. Sentis, I.A. Movtchan. Temperature measurements during laser ablation of Si into He, Ar and 02. Appl. Surf Sci., 1996, Vol. 96-98, p. 164-169.

165. K. Sasaki, T. Wakasaki, S. Matsui, K. Kadota. Distributions of C2 and C3 radical densities in laser-ablation carbon plumes measured by laser-induced fluorescence imaging spectroscopy. J. Appl. Phys., 2002, Vol. 91, No. 7, p. 40334039.

166. H. Wakata, E. Tasev, M. Tuda, К. Ono, K. Haruta, Y. Ueda. Investigation of the behaviour of particles generated from a laser-ablated silicon target using time-of-flight measurements. Appl. Surf Sci., 1994, Vol. 79-80, p. 152-157.

167. D. B. Geohegan, A. A. Puretzky, G. Duscher, S. J. Pennycook. Time-resolved imaging of gas phase nanoparticle synthesis by laser ablation. Appl. Phys. Lett., 1998, Vol. 72, No. 23, p. 2987-2989.

168. В. Luk'yanchuk, W. Marine. On the delay time in photoluminescence of Si-nanoclusters, produced by laser ablation. Appl. Surf. Sci., 2000, Vol. 154-155, p. 314-319.

169. I. Ozerov, D. Nelson, A.V. Bulgakov, W. Marine, M. Sentis. Synthesis and laser processing of ZnO nanocrystalline thin films. Appl. Surf. Sci. 2003, Vol. 212-213C, p. 349-352.

170. I. Ozerov, A.V. Bulgakov, D. Nelson, R. Castell, M. Sentis, W. Marine. ZnO ablation by UV laser (193 nm): Nanoaggregates in gaseous state. J. Phys IV, 2003, Vol. 108, No. 1, p. 37-40.

171. H.P. Goodfried, I.F. Silvera. Raman studies of argon dimmers in supersonic expansion. Phys. Rev. A, 1983, Vol. 27, No. 6, p. 3008-3030.

172. M.M. Kappes. Experimental studies of gas-phase main-group metal clusters. Chem. Rev., 1988, Vol. 88, No. 1, p. 369-389.

173. E.A. Rohlfing. Optical emission studies of atomic, molecular and particulate carbon produced from a laser vaporization cluster source. J. Chem. Phys., 1988, Vol. 89, No. 10, p. 6103-6112.

174. J.G. Lunney, J.F. Lowler, R. Aratari. Ion emission studies of pulsed laser evaporation of YBaCuO. J. Appl. Phys., 1993. Vol. 74, No. 6, p. 4277-4278.

175. H.-J. Dietze, S. Becker. Abundance distributions of positively and negatively charged cluster ions in the laser-induced cluster plasma of a wo3/C target. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, Vol. 82, No. 1, p. 47-53.

176. J.K.Gib son. L aser ablation synthesis of lanthanide oxide cluster ions incorporating a heterovalent metal. J. Phys. Chem., 1996, Vol. 100, No. 2, p. 507511.

177. A.V. Bulgakov, Mass spectrometric study of gas-phase oxidation reactions during laser ablation of YBaCuO, SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 75-86.

178. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, V.I. Kosyakov, Laser ablation synthesis of phosphorus clusters, Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 320, Nos. 1-2, p. 19-25.

179. Б.Н. Козлов, Б.А. Мамырин. Масс-спектрометрический анализ кластеров, образующихся при лазерном распылении образца. ЖТФ, 1999, т. 69, в. 9, с. 81-84.

180. D. Sibold, Н. М. Urbassek. Effect of gas-phase collisions in pulsed-laser deposition: A three-dimensional Monte Carlo simulation study. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 73, pp. 8544-8551.

181. Т. E. Itina, W. Marine, M. Autric. Nonstationary effects in pulsed laser ablation. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 85, pp. 7905-7908

182. A.V. Gusarov, I. Smurov. Influence of atomic collisions in vapour phase on pulsed laser ablation. Appl Surf. Sci., 2000, Vol. 168, p. 96-99.

183. M.R. Predtechensky, A.P. Mayorov. Expansion of laser plasma in oxygen at laser deposition of HTSC films: Theoretical model. Appl Superconductivity, 1993, Vol. l,pp. 2011-2017.

184. N. Arnold, J. Gruber, J. Heitz. Spherical expansion of the vapor plume into ambient gas: An analitical model. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, p. S87-S93:

185. С.И. Анисимов, Б.С. Лукьянчук. Избранные задачи теории лазерной абляции. УФН, 2002, т. 172, № 3, с. 301-333. *

186. М. Aden, Е. W. Kreutz, A. Voss. Laser-induced plasma formation during pulsed laser deposition. J. Phys. D: Appl. Phys., 1993, Vol. 26, pp. 1545-1553.

187. J.R. Ho, C.P. Grigoropoulos, J.A.C. Humphrey. Gas dynamics and radiation heat transfer in the vapor plume produced by pulsed laser irradiation of aluminum. J. Appl Phys., 1996, Vol. 79, No. 9, p. 7205-7214.

188. A.V. Gusarov, A.G. Gnedovets, I. Smurov. Gas dynamics of laser ablation: Influence of ambient atmosphere. J. Appl. Phys., 2000, Vol. 88, No. 7, p. 43524364.

189. Т.Е. Itina, A. A. Katassonov, W. Marine, M. Autric. Numerical study of the role of a background gas and system geometry in pulsed laser deposition. J. Appl Phys., 1998, Vol. 83, No. 11, p. 6050-5054.

190. М.И. Каганов, И.М. Лифшиц, Л.В. Танатаров. Релаксация между электронами и решеткой. ЖЭТФ, 1956, т. 31, № 2(8), с. 232-237.

191. S.-S. Wellershoff, J. Hohlfeld, J. Giidde, E. Matthias. The role of electron-phonon coupling in femtosecond laser damage of metals. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, p. S99-S107.

192. A. O'Keefe, M.M. Rass, A.P. Baranovski. Production of large carbon clusters ions by laser vaporization. Chem. Phys. Lett., 1986, Vol. 130, Nos. 1-2, p. 17-19.

193. C.H. Becker, J.B. Palix. Laser ablation of YBa2Cu307.5 and cluster emission. J. Appl. Phys., 1988, Vol. 64, No. 10, p. 5152-5156.

194. Ю.П. Райзер. О конденсации в облаке испаренного вещества, расширяющегося в пустоту. ЖЭТФ, 1959, т. 37, в. 6(12), с. 1741-1750.

195. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М. : Наука. 1966.

196. M.Ye, С.Р. Grigoropoulos. Time-of-flight and emission spectroscopy study of femtosecond laser ablation of titanium. J. Appl. Phys., 2001, Vol. 89, No. 9, p. 5183-5190.

197. A.V. Bulgakov, I. Ozerov, W. Marine. Cluster emission under femtosecond laser ablation of silicon. Thin Solid Films, 2004, Vol. 453-454C, p. 557-561.

198. A. Mele, D. Consalvo, D. Stranges, A. Giardini-Guidoni, R. Teghil. Cluster ion formation by laser evaporation of solid complex oxides. Appl. Surf. Sci., 1989, Vol. 43, p. 398-401.

199. J.J. Gaumet, A. Wakisaka, Y. Shimizu, Y. Tamori. Energetics for carbon clusters produced directly by laser vaporization of graphite: Dependence on laser power and wavelength. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1993, Vol. 89, No. 11, p. 1667-1670.

200. L. Patrone, D. Nelson, V.I. Safarov, S. Giorgio, M. Sentis, W. Marine. Synthesis and properties of Si and Ge nanoclusters produced by pulsed laser ablation. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69Suppl., p. S217-S221.

201. Z. Paszti, G. Peto, Z.E. Horvath, A. Karacs. Laser ablation induced formation of nanoparticles and nanocrystal networks. Appl. Surf Sci., 2000, Vol. 168, p. 114117.

202. N. Saito, K. Koyama, M. Tanimoto. Cluster generation by laser ablation. . Appl. Surf. Sci., 2001, Vol. 169-170, p. 380-386.

203. V.Z. Mordkovich, Y. Takeuchi. Multishell fullerenes by laser vaporization of composite carbon-metal targets. Chem. Phys. Lett., 2002, Vol. 355, p. 233-238.

204. S.I. Dolgaev, A.V. Simakin, V.V. Voronov, G.A. Shafeev, F. Bozon-Verduraz. Nanoparticles produced by laser ablation of solids in liquid environment. Appl. Surf. Set, 2002, Vol. 186, p. 546-551.

205. G. Compagnini, A.A. Scalisi, O. Puglisi. Production of gold nanoparticles by laser ablation in liquid alkanes. J. Appl. Phys., 2003, Vol. 94, No. 12, p. 78747877.

206. J.R. Heath, S.C. O'Brien, Q. Zhang, Y. Liu, R.F. Curl, H.W. Kroto, F.K. Tittel, R.E. Smalley. Lanthanum complexes of spheroidal carbon shells. J. Am. Chem. Soc., 1985, Vol. 107, p. 7780-7785.

207. B.C. Guo, K.P. Kerns, A.W. Castleman Jr. Ti8C12-metallo-carbohedrenes a new class of molecular clusters. Science, 1992, Vol. 255, p. 1411-1413.

208. D.H. Lowndes, D.B. Geohegan, A.A. Puretzky, D.P. Norton, C.M. Rouleau. Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition. Science, 1996, Vol. 273, p. 898-903.

209. R.L. DeLeon, M.P. Joshi, E.F. Rexer, P.N. Prasar, J.F. Garvey. Progress in thin film formation by laser assisted molecular beam deposition (LAMBD). Appl. Surf Set, 1998, Vol. 129, p. 321-329.

210. S. Komatsu, Y. Shimizu, Y. Moriyoshi, K. Okada, M. Mitomo. Preparation of boron nitride nanocapsules by plasma-assisted pulsed laser deposition. J. Appl. Phys., 2002, Vol. 91, No. 9, p. 6181-6184.

211. Я.И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. М. Изд. АН СССР, 1945.

212. G. Callies, Н. Schittenhelm, P. Berger, Н. Hugel. Modeling of the expansion of laser-evaporated matter in argon, helium, and nitrogen and the condensation of clusters. Appl. Surf Sci., 1998, Vol. 127-129, p. 134-141.

213. B.S. Luk'yanchuk, W. Marine, S.I. Anisimov. Condensation of vapor and nanocluster formation within the vapor plume, produced by ns-laser ablation of Si. Laser Physics, 1998, Vol. 8, No. 1, p. 291-302.

214. W. Marine, L. Patrone, B. Luk'yanchuk, M. Sentis. Strategy of nanocluster and nanostructure synthesis by conventional pulsed laser ablation. Appl. Surf. Sci., 2000, Vol. 154, p. 345-352.

215. R.E. Leckenby, E.J. Robbins, P.A. Trevalion. Condensation embryos in an expanding gas beam. Proc. Roy. Soc., 1964, Vol. 280A, No. 1382, p. 409-427.

216. J. Bernholc, J.C. Phillips. Kinetic of cluster formation in the laser vaporization cluster source: Carbon clusters. J. Chem. Phys., 1986, Vol. 85, No. 6, p. 32583267.

217. W.R. Creasy. Some model calculations of carbon cluster growth kinetics. J. Chem. Phys., 1990, Vol. 92, No. 12, p. 7223-7233.

218. O.A. Нерушев, Г.И. Сухинин. Динамика углеродных кластеров при производстве фуллерена. Письма ЖТФ, 1995, т. 21, в. 13, с. 50-55.

219. A.L. Alexandrov, V.L. Schweigert. A kinetic model of carbon cluster growth including polycyclic ring and fullerene formation. Chem. Phys. Lett., 1996, Vol. 263, Nos. 3-4, p. 551-558.

220. H. Mizuseki, Y. Jin, Y. Kawazoe, L.T. Wille. Cluster growth processes by direct simulation monte carlo method. Appl. Phys. A, 2001, Vol. 73, No. 6, p. 731735.

221. M.P. Предтеченский, A.B. Булгаков, А.П. Майоров, A.B. Рощин, Метод "Кнудсеновской" сетки для исследования состава и энергии частиц, падающих на подложку при лазерном напылении пленок, Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, вып. 16, с. 43-48.

222. M.R. Predtechensky, A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, A.V. Roshchin, Substrate surface effect on laser-induced plasma characteristics for thin film deposition, Appl Superconductivity, 1993, Vol. l,Nos. 10-12, pp. 1995-2003.

223. B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, Particle number density and velocity distributions in laser plume, Mikrochimica Acta, 1995, Vol. 120, p. 111--119.

224. A.V. Bulgakov, M.R. Predtechensky, A.P. Mayorov, Transport of neutral atoms, monoxides and clusters in the plume produced by laser ablation of YBa2Cu307.x in oxygen environment, Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, p. 159— 163.

225. F. Rohmund, A.V. Bulgakov, M. Heden, A. Lassesson, E.E.B. Campbell, Photoionisation and photo fragmentation of Li@C6o, Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 323, Nos. 1-2, p. 173-179.

226. M. Heden, A.V. Bulgakov, K. Mehlig, E.E.B. Campbell, Determination of the triplet state lifetime of vibrationally excited C6o, J. Chem. Phys., 2003, Vol. 118, No. 16, p. 7161-7164.

227. K. Mehlig, K. Hansen, M. Heden, A. Lassesson, A.V. Bulgakov, E.E.B. Campbell, Energy distributions in multiple photon absorption experiments, J. Chem. Phys., 2004, Vol. 120, No. 9, p. 4281-4288.

228. A. V. Bulgakov, N. M. Bulgakova, Modeling of laser-induced plume expansion into ambient gas for thin film deposition. SPIE Proc. Laser-Induced Thin Film Processing, 1995, Vol. 2403, pp. 95-104.

229. H.M. Булгакова, A.B. Булгаков. Модели импульсной лазерной абляции. Кинетическая теория и динамика разреженных газов, Матер. Всерос. Семинара, НГАСУ, Новосибирск, 2002, с. 42-43.

230. F. Rohmund, М. Heden, A.V. Bulgakov, E.E.B. Campbell, Delayed ionisation of Сбо: The competition between ionisation and fragmentation revisited, J. Chem. Phys. 2001, Vol.115, No. 7, pp. 3068-3073.

231. A. Lassesson, A.V. Bulgakov, M. Heden, F. Rohmund, E.E.B. Campbell, Laser desorption studies of the fragmentation of Li@C60, The Physics and Chemistry of Clusters, Proc. Nobel Symp. Vol.117, World Scientific, 2001, p. 298-300.

232. A.V. Bulgakov, A.P. Mayorov, M.R. Predtechensky, B.N. Kozlov, I.I. Pilyugin, V.G. Shchebelin, Study of laser plasma expansion for YBaCuO film deposition, J. Electrochem. Soc., 1991, Vol. 138, No. 4, p. 221C.

233. A.B. Булгаков, Б.Н. Козлов, А.П. Майоров, И.И. Пилюгин, М.Р. Предгеченский, В.Г. Щебелин, Тепловая структура облака вещества, испаренного импульсом лазерного излучения, Письма в ЖТФ, 1991, т. 17, вып. 21, с. 18-22.

234. A.V. Bulgakov. Phosphorus clusters: Possible new family of fullerenes. 4th Biennial Int. Workshop on Fullere-nes and Atomic Clusters (IWFAC'99), Oct. 48, 1999, St. Petersburg, Russia, Book of Abstracts, p. 75.

235. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, V.I. Kosyakov, I. Ozerov, W. Marine, M. Heden, F. Rohmund, E.E.B. Campbell, Phosphorus clusters: Synthesis in the gas-phase and possible cage-like and chain structures, Физика Твердого Тела, 2002, Т. 44, № 4, с. 594-598.

236. A.V. Bulgakov, O.F. Bobrenok, I. Ozerov, W. Marine, S. Giorgio, A. Lassesson, E.E.B. Campbell. Phosphorus clusters production by laser ablation. Appl Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1369-1372.

237. О.Ф. Бобренок, M.P. Предтеченский, A.B. Булгаков, Влияние условий лазерного напыления кремниевых пленок на их фотолюминесцентные свойства, Теплофизика и аэромеханика, 1998, Т. 5, № 2, с. 291-295.

238. A.V. Bulgakov, I. Ozerov, W. Marine. Silicon clusters produced by femtosecond laser ablation: Non-thermal emission and gas-phase condensation. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 1591-1594.

239. Б.А. Мамырин, В.И. Каратаев, Д.В. Шмикк, В.А. Загулин. Масс-рефлектрон. Новый безмагнитный времяпролетный масс-спектрометр с высокой разрешающей способностью. ЖЭТФ, 1973, т. 64, в. 1, с. 82-89.

240. В.И. Каратаев, Б.А. Мамырин, Д.В. Шмикк. Новый принцип фокусировки ионных пакетов во времяпролетных масс-спектрометрах.

241. Е.Е.В. Campbell, G. Ulmer, H.-G. Busmann, I.V. Hertel. Stability and fragmentation of carbon clusters. Chem. Phys. Lett., 1990, Vol. 175, No. 5, p. 505510.

242. H. Hohmann, R. Ehlich, S. Furrer, O. Kittelmann, J. Ringling, E.E.B. Campbell. Photofragmentation of C60. Z. Phys. D, 1995, Vol. 33, p. 143-151.

243. H. Togashi, K. Saito, H. Yamawaki, K. Aoki, M. Mukaida, T. Kameyama. Formation of large carbon cluster ions at graphite (HOPG) surfaces by laser irradiation. Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, p. 267-271.

244. М.А. Иванов, Б.Н. Козлов, Б.А. Мамырин, Д.В. Шмикк, В.Г. Щебелин. Масс-рефлектрон для исследования процессов взаимодействия лазерного излучения с молекулами в сверхзвуковой струе газа. ЖТФ, 1983, т. 53, № 10, с. 2039-2044.

245. R. Kelly, R.W. Dreyfus. On the effect of Knudsen-layer formation on studies of vaporization, sputtering, and desorption. Surf. Sci., 1988, Vol. 198, p. 263-276.

246. А.А. Сысоев. Физика и техника масс-спектрометрических приборов и электромагнитных установок. М.: Энергоатомиздат, 1983. -256с.254. http://www.fastcomtec.com/fastcomt.html

247. R.J. Beuhler, L. Friedman. Threshold studies of secondary electron emission induced by macro-ion impact on solid surfaces. Nucl. Instrum. Methods, 1980, Vol. 170, p. 309-315.

248. D. Dreyfuss, H.Y. Wachman. Measurement of relative concentration and velocities of small clusters (n<40) in expanding water flow. J. Chem. Phys., 1982, Vol. 76, No. 4, p. 2031-2042.

249. Y.J. Twu, C.W.S. Conover, Y.A. Yang, L.A. Bloomfield. Alkali-halide cluster ions produced by laser vaporization of solids. Phys. Rev. B, 1990, Vol. 42, No. 8, p. 5306-5316.

250. M.P. Предтеченский. Метод лазерного напыления в синтезе ВТСП пленок. Препринт № 225-90, Институт теплофизики СО АН СССР, Новосибирск, 1990.

251. S. Amoruso, М. Armenente, R. Bruzzese, N. Spinelli. Absorption and saturation mechanisms in aluminium laser ablated plasmas. Appl. Phys. A, 1997, Vol. 65, No. 3, p. 265-271.

252. H. Schittenhelm, G. Callies, P. Berger, H. Hugel. Investigations of extinction coefficients during excimer laser ablation and their interpretation in terms of Rayleigh scattering. J. Phys. D: Appl. Phys., 1996, Vol. 29, p. 1564-1575.

253. R. Kelly, A. Miotello. Does normal boiling exist due to laser-pulse or ion bombardment? J. Appl. Phys., 2000, Vol. 87, No. 6, p. 3177-3179.

254. S. Otsubo, T. Minamikawa, Y. Yonezawa, A. Morimoto, T. Shimizu. Thermal analysis of target surface in the Ba-Y-Cu-O film preparation by laser ablation method. Jpn. J. Appl. Phys., 1990, Vol. 29, Part 2, No. 1, p. L73-L76.

255. D. Battacharya, R.K. Singh, P.H. Holloway. Laser-target interactions during pulsed laser deposition of superconducting thin films. J. Appl. Phys., 1991, Vol. 70, No. 10, pp. 5433-5439.

256. D.J. Krajnovich. Laser sputtering of highly oriented pyrolitic graphite at 248 nm. J. Chem. Phys., 1995, Vol. 102, No. 2, p. 726-743.

257. N. Itoh, T. Nakajama. Mechanism of neutral particle emission from electron-hole plasma near solid surface. Phys. Lett. A, 1982, Vol. 92, No. 5, p. 471-475.

258. H. Sumi. Theory of laser sputtering by high-density valence-electron excitation of semiconductor surfaces. Surf. Sci., 1991, Vol. 248, p. 382-410.

259. R. Stoian, D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, E.E.B. Campbell. Coulomb explosion in ultrashort pulsed laser ablation of A1203. Phys. Rev. B, 2000, Vol. 62, No. 19, pp. 13167-13173.

260. R. Stoian, A. Rosenfeld, D. Ashkenasi, I.V. Hertel, N.M. Bulgakova, E.E.B. Campbell. Surface charging and impulsive ion ejection during ultrashort pulsed laser ablation. Phys. Rev. Lett., 2002, Vol. 88, No. 9, Paper 097603.

261. W. Marine, N.M. Bulgakova, L. Patrone, I. Ozerov. Electronic mechanism of ion expulsion under UV nanosecond laser excitation of silicon: Experiment and modeling. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, Nos. 4-6, p. 771-774.

262. Э.Ф. Лазнева, И.Н. Федоров. Испарение с поверхности кремния при лазерном возбуждении. Письма в ЖТФ, 1988, т. 14, в. 6, с. 537-541.

263. К. Ishikawa, J. Kanasaki, Y. Nakai, N. Itoh. Laser-induced bond breaking of the adatoms of the Si(l 11)-7><7 surface. Surf. Sci., 1966, Vol. 349, p. L153-L158.

264. J. Kanasaki, M. Nakamura, K. Ishikawa, K. Tanimura. Primary processes of laser-induced selective dimer-layer removal on Si(001)-(2><1). Phys. Rev. Lett., 2002, Vol. 89, No. 25, paper 257601.

265. T. Gibert, T. Gonthiez. Resonant ionization of laser desorbed silicon. J. Appl. Phys., 2003, Vol. 93, No. 10. p. 5959-5965.

266. D.B. Geohegan. Imaging and blackbody emission spectra of particulates generated in the KrF-laser ablation of BN and YBa2Cu307x. Appl. Phys. Lett., 1993, Vol. 62, No. 13, pp. 1463-1465.

267. A. Gupta. Gas-phase oxidation chemistry during pulsed laser deposition of YBa2Cu307.j films. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 73, pp. 7877-7886.

268. H.C. Le, J. Vuillon, D. Zeitoun, W. Marine, M. Sentis, R.W. Dreyfus. 2D modeling of laser-induced plume expansion near the plasma ignition threshold. Appl. Surf Sci., 1996, Vol. 96-98, pp. 76-81.

269. K.R. Chen, T.C. King, J.H. Hes, J.N. Leboeuf, D.B. Geohegan, R.F. Wood, A.A. Puretzky, J.M. Donato. Theory and numerical modeling of the accelerated expansion of laser ablated materials near a solid surface. Phys. Rev. B, 1999, Vol. 60, pp. 8373-8382.

270. H.C. Le, D.E. Zeitoun, J.D. Parisse, M. Sentis, W. Marine. Modeling of gas dynamics for a laser-generated plasma: Propagation into low-pressure gases. Phys. Rev. E, 2000, Vol. 62, pp. 4152-4161.

271. C.W. Mendel, J.N. Olsen. Charge-separation electric field in laser plasmas. Phys. Rev. Lett., 1975, Vol. 34, p. 859-866.

272. H.M. Булгакова. Исследование динамики и механизмов лазерной абляции в режимах милли-, нано- и фемтосекундных импульсов. Диссертация насоискание ученой степени д.ф.-м.н., Новосибирск, Институт теплофизики СО РАН, 2002.

273. Н.Г. Басов, О.Н. Крохин. Нагревание плазмы, образованной воздействием лазерного излучения на твердую мишень. ЖЭТФ, 1964, т. 46, с. 171-176.

274. О.Н. Крохин. Самосогласованный режим нагревания плазмы излучением оптического генератора. ЖТФ, 1964, т. 34, № 7, Сю 1325-1327.

275. O.N. Krokhin. High nemperature and plasma phenomena induced by laser radiation. Proc. Intern. School Phys., Eds. Caldirda and H. Knoepfel, 1971, Acad. Press Inc., p. 278-305.

276. Н.Г. Басов, B.A. Бойко, B.A. Грибков. Газодинамика лазерной плазмы в процессе нагревания. ЖЭТФ, 1971, т. 61, № 1, с. 154-161.

277. Г.С. Романов, K.JI. Степанов. Экранирование поверхности металла продуктами разрушения ее потоками излучения ОКГ малой плотности. ЖПС, 1968, т.8, в. 5, с. 753-763.

278. S. Fahler, H.-U. Krebs. Calculations and experiments of material removal and kinetic energy during pulsed laser ablation of metals. Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, pp. 61-65.

279. A. Giardini Guidoni, R. Kelly, A. Mele, F. Viotello. Heating effects and gas-dynamic expansion of the plasma plume produced by irradiating a solid with laser pulses. Plasma Sources Sci. Technol. 1997, Vol. 6, No. 3, p. 260-269.

280. R.K. Singh, J. Narayan. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model. Phys. Rev. B, 1990, Vol. 41, pp. 88438859.

281. V.N. Tokarev, J.G. Lunney, W. Marine, M. Santis. Analytical thermal model of ultraviolet laser ablation with single-photon absorption in the plume. J. Appl. Phys., 1995, Vol. 78, No. 2, pp. 1241-1246.

282. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.

283. С.И. Каськова, Г.С. Романов, K.JI. Степанов, В.И. Толкач. Коэффициенты непрерывного поглощения углеродной плазмы в области температур до 100 эВ. Оптика и спектроскопия, 1979, т. 46, в. 4, с. 655-662.

284. М.М. Мартынюк. Взрывной механизм разрушения металлов мощным потоком электромагнитного излучения. ЖТФ, 1976, т. 46, в. 4, с. 741-746.

285. В. А. Батанов, Ф.В. Бункин, A.M. Прохоров, В.Б. Федоров. Самофокусировка света в плазме и сверхзвуковая волна ионизации в луче лазера. Письма в ЖЭТФ, 1972, том 16, № 7, стр. 378-382.

286. А.А. Самохин. Фазовые переходы первого рода при действии лазерного излучения на поглощающие конденсированные среды. Труды ИОФАН, 1988, том 13, стр. 3-98.

287. A. Miotello, R. Kelly. Critical assessment of thermal models for laser sputtering at high fluences. Appl. Phys. Lett., 1995, Vol. 67, No. 24, pp. 3535-3537.

288. С.И. Анисимов. Об испарении металла, поглощающего лазерное излучение. ЖЭТФ, 1968, т. 54, № 1, с. 339-342.

289. Т. Ytrehus. Theory and experiments on gas kinetics in evaporation. Progress in Astronautics and Aeronautics, 1977, Vol. 51, Part 2, p. 1197-1212.

290. Физико-химические свойства элементов. Под редакцией Г.В. Самсонова. Киев: Наукова Думка, 1965.

291. Физические величины. Справочник. Под редакцией И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

292. В.М. Золотарев, В.Н. Морозов, Е.В. Смирнова. Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984.

293. Н.Г. Басов, В.А. Бойко, О.Н. Крохин, О.Г. Семенов, Г.В. Склизков. Уменьшение коэффициента отражения мощного лазерного излучения от поверхности твердого вещества. ЖТФ, 1968, т. 38, № 11, стр. 1973-1975.

294. A.M. Malvezzi, N. Bloembergen, C.Y. Huang. Time-resolved picosecond optical measurements of laser-excited graphite. Phys. Rev. Lett., 1986, Vol. 57, No. l,pp. 146-149.

295. A.C. Охотин, Р.П. Боровикова, T.B. Нечаева, А.С. Пушкарский. Теплопроводность твердых тел. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.

296. A. Bjorneklett, A. Borg, О. Hunderi. Optical properties of superconducting Y-Ba-Cu-O. Physica A, 1989, Vol. 157, pp. 164-169.

297. D.E. Aspnes, M.K. Kelly. Optical properties of high-Tc superconductors. IEEE Quantum Electron., 1989, Vol. 25, pp. 2378-2387.

298. J. Heremans, D.T. Morelli, G.W. Smith, S.C. Strite III. Thermal and electronic properties of rare-earth Ba2Cu3Ox superconduktors. Phys. Rev. B, 1988, Vol. 37, No. 4, pp. 1604-1610.

299. V.E. Lusternik, V.E. Peletskil, V.S. Bakunov, A.V. Bolotnikov. Specific heat of YBa2Cu3Ox in the range 300-800 °C. Superconductivity (USA), 1990, Vol. 3, No.9, pp. 1485-1489.

300. Yu.A. Kirichenko, K.V. Rusanov, E.G. Tyurina. Thermal conductivity of high Tc superconductors (review of experimental data). Superconductivity (USA),1990, Vol. 3, No. 7, pp. 1075-1098.

301. Jl.B. Гурвич, И.Б. Вейте и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание. Часть 1. М.: Наука, 1974.

302. В.Е. Фортов, А.Н. Дремин, А. А. Леонтьев. Оценка параметров критической точки. ТВТ, 1975, т. 13, № 5, стр. 1072-1079.

303. Дж. Эмсли. Элементы. М.: Мир, 1993.

304. В.П. Скрипов. Метастабилъная жидкость. М.: Наука, 1972.

305. V. Craciun, D. Craciun, М.С. Bunescu, С. Boulmer-Leborgne, J. Hermann. Subsurface boiling during pulsed laser ablation of Ge. Phys. Rev. B, 1998, Vol. 58, No. 11, p. 6787-90.

306. M.A. Анисимов. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. М.: Наука, 1987.

307. Л. Спитцер. Физика полностью ионизованного газа. М.: Мир, 1965,- 321с.

308. Ю.В. Афанасьев, О.Н. Крохин.

309. G. Hairapetian, R.L. Stenzel. Particle dynamics and current-free double layers in an expanding, collisionless, two-electron-population plasma. Phys. Fluids B,1991, Vol. 3, No. 4, pp. 899-914.

310. R.J. von Gutfeld, R.W. Dreyfus. Electronic probe measurements of pulsed copper ablation at 248 nm. Appl. Phys. Lett., 1989, Vol. 54, No.13, pp. 1212-1214.

311. R.F. Wood, J.N. Leboeuf, D.B. Geohegan, A.A. Puretzky, and K.R. Chen. Dynamics of plume propagation and splitting during pulsed-laser ablation in Si in He and Ar. Phys. Rev. B, 1998, Vol. 58, No. 3, pp. 1533-1343.

312. G. Ulmer, B. Hasselberger, H.-G. Busmann and E.E.B. Campbell. Excimer laser ablation of polyimide. Appl. Surf. Sci., 1990, Vol. 46, pp. 272-278.

313. К. Fukushima, Y. Капке, M. Badaye, Т. Morishita. Velocity distributions of ions in the ablation plume of a Y|Ba2Cu30^ target. J. Appl. Phys., 1995, Vol. 77, No. 10, pp. 5406-5410.

314. M. Tanaka, Y. Fujisawa, T. Nakajima, Y. Tasaka, K. Ota. Space- and time-resolved optical spectroscopy of plumes generated by laser ablation of NiO in a vacuum. J. Appl. Phys., 1998, Vol. 83, No.6, pp. 3379-3385.

315. A.J. Peurrung, J.P. Cowin, G. Teeter, S.E. Barlow, and T.M. Orlando. Space-charge-induced acceleration of ions emitted by laser-irradiated surfaces. J. Appl. Phys., 1995, Vol. 78, No.l, pp. 481-488.

316. K. Fukusima, Y. Капке, T. Morishita. Time-of-flight mass spectroscopic studies on the laser ablation process. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 74, No. 11, p. 6948-6952.

317. J. Dias, S. Ferrer, F. Comin. Role of the plasma in the growth of amorphous carbon films by pulsed laser deposition. J. Appl. Phys., 1998, Vol. 84, No. 1, p. 572-576.

318. B.B. Hamel, D.R. Willis. Kinetic theory of source flow expansion with application to the free jet. Phys. Fluids, 1966, Vol. 9, No. 5, p. 829-841. *

319. R. Kelly, R.W. Dreyfus. Reconsidering the mechanisms of laser sputtering with Knudsen-layer formation taken into account. Nucl. Instrum. Methods Phys. Research B, 1998, Vol. 32, p. 341-348.

320. I. NoorBatcha, R.R. Lucchese, Y. Zeiri. Monte Carlo simulations of gas-phase collisions in rapid desorption of molecules from surfaces. J. Chem. Phys., 1987, Vol. 86, No. 10, p. 5816-5824.

321. G. Seifert, S. Becker, H.-J. Dietze. Carbon cluster ions in laser-induced plasma. Int. J. of Mass Spectrometry and Ion Processes, 1988, Vol. 84, pp. 121-133.

322. F.M. Zimmermann, W. Ho. Velocity distributions of photochemically desorbed molecules. J. Chem. Phys., 1994, Vol. 100, No. 10, p. 7700-7706.

323. H. Schittenhelm, G. Callies, A. Straub, P. Berger, H. Hugel. Measurements of wavelength-dependent transmission in excimer laser-induced plasma plumes and their interpretation. . J. Phys. D: Appl. Phys., 1998, Vol. 31, No.4, p. 418-427.

324. H. Takagi, Н. Ogawa, Y. Yamazaki, A. Ishizaki, T. Nakagiri. Quantum size effects on photoluminescence in ultrafme Si particles. Appl. Phys. Lett., 1990, Vol. 56, No. 24, p. 2379-2380.

325. C.F. Yu, C. Yuen, S.P. Lau, W.I. Park, G.-C. Yi. Random laser action in ZnO nanorod arrays embedded in ZnO epilayers. Appl. Phys. Lett., 2004, Vol. 84, No. 17, p. 3241-3243.

326. L. Poth, E.S. Wisniwski, A.W. Castleman. Cluster dynamics: Fast reaction and Coulomb explosion. American Scientist, 2002, Vol. 90, No. 4, p. 342-349.

327. J.W.G. Tisch, N. Hay, K.J. Mendham, E. Springate, et al. Interaction of intense laser pulses with atomic clusters: Measurements of ion emission, simulations and applications. Nucl. Instrum. Meth. B, 2003, Vol. 205, p. 310-323.

328. G.C. Nieman, E.K. Park, S.C. Richtsmeier, K. Liu, L.G. Pobo, S.J. Riley. Multiphoton ionization and fragmentation of transition-metal cluster oxides. High-temperature metal oxide composition. High Temp. Sci., 1986, Vol. 22, No. 2, p. 115-138.

329. E.E.B. Campbell, R.D. Levine. Delayed ionization and fragmentation en route to thermionic emission: statistics and dynamics. Ann. Rev. Phys. Chem., 2000, Vol. 51, p. 65-98.

330. J. Tiggesbaumker, L. Koller, H.O. Lutz, K.-H. Meiwes-Broer. Giant resonances in silver-cluster photofragmentation. Chem. Phys. Lett. 1992, Vol. 190, Nos. 1-2, p. 42-47.

331. E.M. Snyder, S.A. Buzza, A.W. Castleman, Jr. Intense field-matter interactions: Multiple ionization of clusters. Phys. Rev. Lett., 1996, Vol. 77, No. 16, p. 33473350.

332. T. Ditmire, R.A. Smith, J.W.G. Tisch, M.H.R. Hutchinson. High intensity laser absorption by gases of atomic clusters. 1997, Vol. 78, No. 16, p. 3121-3124.

333. T. Doppner, S. Teuber, M. Schumacher, J. Tiggesbaumker, K.-H. Meiwes-Broer. Metal clusters under strong laser field conditions. Int. J. Mass Spectrom., 1999, Vol. 192, p. 387-391.

334. F. Rohmund, E.E.B. Campbell. Fullerene reactions. Rep. Prog. Phys., 2000, Vol. 63, p. 1061-1109

335. H. Kroto. С60 and carbon: a postbuckminsterfullerene perspective. Int. J. Mass Spectrometry, 2000, Vol. 200, p. 253-260.

336. E.E.B. Campbell. Fullerene collision reactions. Kluwer Academic Publishers b.v., 2003.

337. Fullerene, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 2004, Vol. 12, No.3 (Proc. 6th Int. Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters, 2003, St.-Petersbourg, Russia)

338. P. Wurz, K.R. Lykke. Multiphotone excitation, dissociation and ionization of C60.J.Phys. Chem., 1992, Vol. 96, No. 25, p. 10129-10139.

339. E.E.B. Campbell, R.D. Levine. Delayed ionization and fragmentation en route to thermionic emission: Statistics and dynamics. Annu. Rev. Phys. Chem., 2000, Vol. 51, p. 65-98.

340. D. Muigg, P. Scheier, T.D. Mark. Measured appearance energies of Cn+ (3 < n < 10) fragment ions produced by electron impact on C6o- J- Phys. B, 1996, Vol. 29, p. 5193-5208.

341. E.E.B. Campbell, G. Ulmer, I.V. Hertel. Delayed ionization of C60 and C70. Phys. Rev. Lett., 1991, Vol. 67, p. 1986-1988.

342. K. Hansen, E.E.B. Campbell. Radiative cooling of fullerenes. J. Chem. Phys., 1996, Vol. 104, No. 13, p. 5012-5018.

343. K. Hansen, O. Echt. Thermionic emission and fragmentation of C60- Phys. Rev. Lett., 1997, Vol. 78, No. 12, p. 2337-2340.

344. C. Lifshitz. C2 binding energy in C60. Int. J. Mass Spectrom., 2000, Vol. 98, Nos. 1-2, p. 1-14.

345. M. Hedёn. Decay mechanisms of highly excited fullerenes. Thesis for the degree of Licentiate of Philosophy, Goteborg University and Chalmers University of Technology, Goteborg, 2003.

346. Y. Zhang, M. Stuke. Direct observation of transition from delayed ionization to direct ionization for free C6o and C7o: Thermionic emission? Phys. Rev. Lett., 1993, Vol. 70, No. 21, p. 3231-3234.

347. R.E. Haufler, L.-S. Wang, L.P.F. Chibante, C. Jin, J. Conceicao, Y. Chai, R.E. Smalley. Fullerene triplet state production and decay: R2PI probes of C60 and C70 in a supersonic beam. Chem. Phys. Lett., 1991, Vol. 179, Nos. 5-6, p. 449-454.

348. C.E. Klots. Quasiequilibrium rate constants for thermionic emission from small particles. Chem. Phys. Lett., 1991, Vol. 186, No. 1, p. 73-76.

349. M.R. Fraelich, R.B. Weisman. Triplet state of C60 and C70 in solution long intrinsic lifetime and energy pooling. J. Phys. Chem., 1993, Vol. 97, No. 43, p. 11145-11147.

350. A. Nitzan, P.M. Rentzepis, J. Jortner. Peculiarities of the non-radiative decay of a single vibronic level in polyatomic molecules. Chem. Phys. Lett., 1971, Vol. 8, No. 5, p. 445-447.

351. H.T. Eteridge III, R.D. Averitt, N.J. Halas, R.B. Weisman. C60 triplet lifetimes: Vibrational energy dependence from 0 to 80000 cm"1. J. Phys. Chem., 1995, Vol. 99, No. 29, p. 11306-11308.

352. M.A. Duncan, N.G. Dietz, M.G. Liverman, R.E. Smalley. Photoionization measurement of the triplet lifetime of benzene. J. Phys. Chem., 1981, Vol. 85, No. l,p. 7-9.

353. J.L. Knee, P.M. Johnson. Triplet state nonradiative lifetimes of collision-free aniline and aniline-argon complexes above the £1 origin. J. Chem. Phys., 1984, Vol. 80, No. l,p. 13-17.

354. O. Shen, D.-K. Kittenplon, O. Cheshnovsky. The decay of triplet pyrazine in supersonic jets. J. Chem. Phys., 1989, Vol. 91, No. 12, p. 7331-7339.

355. M.D. Morse, A.C. Puiu, R.E. Smalley. Intramolecular vibrational relaxation: Effects on electronic nonradiative relaxation rates. J. Chem. Phys., 1983, Vol. 78, No. 6, p. 3435-3444.

356. M. Tarazima, S. Yamauchi, N. Hirota. Temperature dependence of the triplet lifetime of pyrazine. J. Phys. Chem., 1986, Vol. 90, No. 18, p. 4294-4297.

357. J.U. Andersen, E. Bonderup, K. Hansen, P. Hvelplund, B. Liu, U.V. Pedersen, S. Tomita. Temperature concepts dor small, isolated systems; 1/t decay and radiative cooling. Eur. Phys. J. D, 2003, Vol. 24, p. 191-196.

358. S. Tomita, J.U. Andersen, K. Hansen, P. Hvelplund. Stability of Вuckminsterfu 11 erene, C60. Chem. Phys. Lett., 2003, Vol. 382, p. 120-125.

359. F.D. Weiss, J.L. Elkind, S.C. O'Brien, R.F. Curl, R.E. Smalley. Photophysics of metal complexes of spheroidal carbon shells. J. Am. Chem. Soc., 1988, Vol. 110, No. 13, p. 4464-4465.

360. S. Suzuki, Y. Kojima, H. Shiromaru, Y. Achiba, et al. Photoionization/ fragmentation of endohedral fullerenes. Z Phys. D, 1997, Vol. 40, p. 410-413.

361. D. Moran, F. Stahl, E.D. Jemmis, H.F. Schaefer III, P. von R. Schleyer. Structures, stabilities, and ionization potentials of dodecahedrane endohedral complexes. J. Phys. Chem. A, 2002, Vol. 106, No. 20, p. 5144-5154.

362. D.C. Lorents, D.H. Yu, Yu. C. Brink, N. Jensen, P. Hvelplund. Collisional fragmentation of endohedral fullerenes. Chem. Phys. Lett., 1995, Vol. 236, Nos. 12, p. 141-149.

363. J. Laskin, T. Peres, A. Khong, H.A. Jimenez-Vazquez, et al. Mass spectrometric study of unimolecular decompositions of endohedral fullerenes. Int. J. Mass Spectrom., 1999, Vols. 185-187, p. 61-73.

364. R. Tellgmann, N. Krawez, S.-H. Lin, I.V. Hertel, E.E.B. Campbell, Endohedral fiillerene production. Nature, 1996, Vol. 382, p. 407-408.

365. E.E.B. Campbell, R. Tellgmann, N. Krawez, I.V. Hertel. Production and LDMS characterization of endohedral alkali-fullerene films. J. Phys. Chem. Solids, 1997, Vol. 58, No. 11, p. 1763-1769.

366. A. Gromov, W. Kratschmer, N. Krawez, R. Tellgmann, E.E.B. Campbell. Extraction and HPLC purification of Li@C6o/7o- Chem. Commun., 1997, No. 20, p. 2003-2004.

367. E. Broclawik, A. Eilmes. Density functional study of endohedral complexes M@C60 (M = Li, Na, K, Be, Mg, Ca, La, B, Al): Electronic properties, ionization potentials, and electron affinities. J. Chem. Phys., 1998, Vol. 108, No. 9, p. 34983503.

368. A. Lassesson, F. Rohmund, E.E.B. Campbell. Time-of-flight mass spectrometry studies of endohedral Li@C60. Mol. Materials. 2000, Vol. 13, p. 225-230.

369. V. Bernstein, I. Oref. Endohedral formation, energy transfer, and dissociation in collisions between Li+ and C60. J. Chem. Phys., 1998, Vol. 109, No. 22, p. 98119819.

370. D.J. van den Heuvel, I.Y. Chan, E.J.J. Groenen, J. Schmidt, G. Meijer. Phosphorescence of C60 at 1.2 K. Chem. Phys. Lett., 1994, Vol. 231, No. 1, p. 111118.

371. F. Lange. High temperature semiconductors in electronics. Thin Solid Films, 1988, Vol. 163, p. 181-188.

372. B.G. Boone, K. Moorjani, J.L. Abita, B.F. Kim, J. Bohandu, F.J. Adrian. Development of high-temperature superconducting thin film devices for hybrid microelectronics. Hybrid Circuit Technology, 1989, Vol. 6, No. 5, p. 53-58.

373. M.P. Предтеченский. Метод лазерного напыления в синтезе ВТСП пленок. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н. (научный доклад), Новосибирск, Институт теплофизики СО РАН, 1993.

374. F.C. Wellstood, J.J. Kingston, J. Clarke. Thin-film multilayer interconnect technology for YBa2Cu307.x. J. Appl. Phys., 1994, vol. 75, No. 2, p. 683-702.

375. D. Dijkamp, T. Venkatesan, X.D. Wu, S.A. Shaheen, et al., Preparation of Y-Ba-Cu-0 oxide superconductor thin films using pulsed laser evaporation from high Tc bulk material. Appl. Phys. Lett., 1987, vol. 51, No. 8, p. 619-621.

376. T. Venkatesan, .X.D. Wu, A. Inam, Y. Jeon, et af. Nature of the pulsed laser process for the deposition of high Tc superconducting thin films. Appl. Phys. Lett., 1988, vol. 53, No. 15, p. 1431-1433.

377. D.B. Geohegan, D.N. Mashburn. Characterization of ground-state neutral and ion transport during laser ablation of YiBa2Cu307^ using transient optical absorption spectroscopy. Appl. Phys. Lett., 1989, vol. 55, No. 22, p. 2345-2347.

378. K.L. Saenger. Time-resolved optical emission during laser ablation of Cu, CuO, and Ыф-Тс superconductors: Bi17Sri.3Ca2Cu30^ and YBa. 7Cu2 7Or J. Appl. Phys., 1989, Vol. 66, No. 9, p. 4435-4440.

379. M.R. France, J.W. Buchanan, J.C. Robinson, S.H. Pullins, et al., Antimony and bismuth oxide clusters: Growth and decomposition of new magic number clusters. J. Phys. Chem., 1997, Vol. 101, No. 35, p. 6214-6221.

380. F. Aubriet, J.-F. Muller. About the atypical behavior of СЮ3, Mo03, and W03 during their UV laser ablation/ionization. J. Phys. Chem A., 2002, Vol. 106, No. 25, p. 6053-6059.

381. B. Maunit, A. Hachimi, P. Manuelli, P.J. Calba, J.F. Muller. Formation of iron oxides clusters induced by resonant laser ablation/ionization. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 1996, Vol. 156, No. 3, p. 173-187.

382. M. Zhou, Z. Fu, L. Zhang, Q. Qin. Structure and stability of LiOMn molecule generated by laser ablation. Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 318, p. 644-648.

383. X.H. Liu, X.G. Zhang, Y. Li, X.Y. Wang, N.Q. Lou. Cluster formation by • direct laser vaporization: evidence for the twofold mechanism. Chem. Phys. Lett.,1998, Vol. 288, Nos. 5-6, p. 804-808.

384. F.E. Dart. Evaporation of zinc and zinc oxide under electron bombardment. Phys. Rev., 1950, Vol. 78, No. 6, p. 761-764.

385. J.A. Zimmerman, C.E. Otis, W.R. Creasy. Morphology and reactivity of ions produced by the laser ablation of YBa2Cu307.5 superconductor. J. Phys. Chem., 1992, Vol. 96, No. 4, p. 1594-1597.

386. C.E. Otis, R.W. Dreyfus. Laser ablation of YBa2Cu3075 as probed by laser-induced fluorescence spectroscopy. Phys. Rev. Lett., 1991, Vol. 67, No. 15, p. 2102-2105.

387. D. Golomb, R.E. Good, A.B. Bailey, M.R. Busby, R. Dawbarn. Dimers, clusters, and condensation in free jets. J. hem. Phys., 1972, Vol. 57, No. 9, p. 3844-3852.

388. Q.Wang, Q. Sun, J.-Z. Yu, B.-L. Gu, Y. Kawazoe. Structures of migic Ba clusters and magic Ba suboxide clusters. Phys. Rev. A, 2000, Vol. 62, paper 063203.

389. D. Rayane, P. Melinon, B. Cabaud, A. Hoareau, B. Tribollet, M. Broyer. Close-packing structure of small barium clusters. Phys. Rev. A, Vol. 39, No. 11, p. 60566059.

390. M.A. Фомишкин, B.C. Сергеев, Н.Г. Куликов. Исследование высокотемпературной сверхпроводящей керамики YBa2Cu307.s методом масс-спектрометрии вторичных ионов. СФХТ, 1991, т. 4, № 3, с. 608-615.

391. Ю.Д. Варламов, В.Ф. Врацких, М.Р. Предтеченский, А.И. Рыков, А.В. Турбин. Текстурированные сверхпроводящие Y-Ba-Cu-O пленки на подложках из сапфира. Письма в ЖТФ, 1989, т. 14, и. 22, с. 2068-2070.

392. Ю.Д. Варламов, В.Ф. Врацких, М.Р. Предтеченский, В.А. Корсунский, А.Н. Смаль, С.Н. Смирнов. Эпитаксия Y-Ba-Cu-O пленок на сапфире. СФХТ, 1990, т. 3, № 10, с. 2560-2566.

393. Ю.Д. Варламов, М.Р. Предтеченский, А.Н. Смаль. Ориентирующее влияние подложек из сапфира и SrTi03 при эпитаксиальном росте пленок Y-Ва-Cu-O. СФХТ, 1990, т. 3, № 11, с. 2560-2566.

394. М.Р. Предтеченский, А.Н. Смаль, А.П.Майоров. Роль условий разлета плазмы в методе лазерного напыления оксидных высокотемпературных сверхпроводящих пленок. СФХТ, 1992, т. 5, № 6, с. 1120-1124.

395. J. Tsujino, Y. Shiohara. Growth process of YBa2Cu307.x films prepared by RF thermal plasma evaporation. Physica C, 1996, Vol. 262, No. 3-4, p. 236-242.

396. А.Г. Шарин, Л.П. Батюня, A.A. Раскин. Получение высокотемпературных сверхпроводящих пленок систем YBaCuO и BiPbSrCaCuO методом магнетронного напыления. Зарубежная электронная техника, 2000, № 1, с.88-103.

397. A.D. Berry, D.K. Gaskill, R.T. Holm, E.J. Cukauskas, R. Kaplan, R.L. Henry. Formation of high Tc superconducting films by organometallic chemical vapor deposition. Appl. Phys. Lett., 1988, Vol. 52, No. 20, p. 1743-1745.

398. F. Weiss, J.P. Senateur, J. Lindner, V. Galindo, C. Dubourdieu, A. Abrutis. MOCVD of superconducting oxides, heterostructures and superlattices. Journal de Physique IV, 1999, Vol. 9, p. 283-289.

399. C.-A. Chang, C.C. Tsuei, N.R. McGuire, D.S. Yee, J.P. Boresh, H.R. Lilienthal, C.E. Farrell. YBaCuO superconducting films on Si02 substrates formed from Cu/ВаО/ Y203/Ag layer structures. Appl. Phys. Lett., 1988, Vol. 53, No. 10, p. 916-918.

400. A. Stamper, D.W. Greve, D. Wong, Т.Е. Schlesinger. Sputter deposition of YBa2Cu307.x on alumina and the influence of Zr02 buffer layers. Appl. Phys. Lett., 1988, Vol. 52, No. 20, p. 1746-1748.

401. S. Hatta, H. Higashino, K. Hirochi, H. Adachi, K. Wasa. Pt-coated substrate effect on oxide superconductive films in low-temperature processing. Appl. Phys. Lett, 1988, Vol. 52, No. 2, p. 148-150.

402. J.C.S. Kools. Monte Carlo simulations of the transport of laser-ablated atoms in a diluted gas. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 74, No. 10, p. 6401-6406.

403. R.D. Levine, R.B. Bernstein. Molecular reaction dynamics and chemical reactivity. Oxford University Press, New York, 1987.

404. С. Nien, J.M.C. Plane. A study of the reactions between Ba('5) and N20, 02, and C02. J. Chem. Phys., 1991, Vol. 94, No. 11, p. 7193-7203.

405. K. Liu, J.M. Parson. Laser fluorescence detection of nascent product state distributions in reactions of Sc and Y with 02, NO, and S02. J. Chem. Phys., 1977, Vol. 67, No. 5, p. 1814-1828.

406. Дж. Кэй, Т.Л. Лэби. Таблицы физических и химических постоянных. М.: ГИФМЛ, 1962.- 248с.

407. T.J. Geyer, W.A. Weymer. Spectral characteristics of plasma emission duringArF excomer laser ablation of YBa2Cu307. Appl. Phys. Lett., 1989, Vol. 54, No. 5, p. 469-471.

408. H.F. Sakeek, T. Morrow, W.G. Graham, D.G. Walmsley. Emission study of the plume produced during YBa2Cu307 film production by laser ablation. J. Appl. Phys., 1994, Vol. 75, No. 2, p. 1138-1144.

409. X.D. Wu, B. Dutta, M.S. Hedge, A. Inam, et al., Optical spectroscopy: An in situ diagnostics for pulsed laser deposition of high Tc superconducting thin films. Appl. Phys. Lett., 1989, Vol. 54, No. 2, p. 179-181.

410. D. Fried, T. Kushida, G.P. Reck, E.W. Rothe. The yttrium"5 oxide chemiluminescence from the 308 nm excimer laser ablation of YBa2Cu307x, Y203, and YC13. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 73, No. 11, p. 7810-7818.

411. И.Ф. Дорофеев, M.H. Либенсон. О химических превращениях в лазерном факеле. Хим. Физика, 1992, т. 11, № 4, с. 460-467.

412. J.W. Otwos, D.P. Stevenson. Cross section of molecules for ionization by electrons. J. Am. Chem. Soc., 1956, Vol. 78, No. 3, p. 546-551.

413. Л.И. Седов. Методы подобия и размерности в механике. Изд-е 8-е. М.: Наука, 1977. -440с.

414. А.С. Фонарев, С.Ю. Чернявский. Расчет ударных волн при взрыве сферических зарядов в воздухе. Изв. АН СССР, МЖГ, 1968, № 5, с. 169-177.

415. С.А. Новопашин, М.Р. Предтеченский. Газодинамические явления при разлете лазерной плазмы. В кн.: Неравновесные процессы в одно- и двухфазных системах, под ред. А.К. Реброва, 1981, Новосибирск, с. 94-97.

416. A. Brown, S. Rundqvist. Refinement of the crystal structure of black phosphorus. Acta Cry St., 1965, Vol. 19, p. 684-885.

417. H. Thurn, U. Krebs. Uber Strukture und Eigenschaften der Halbmetalle. XXII. Die Kristallstruktur des Hittorfschen Phosphors. Acta Cryst.,Acta Cryst., 1969, Vol. B25, p. 125-133.

418. Ван Везер. Фосфор и его соединения. М.: ИЛ, 1952.

419. В.И. Косяков, И.Г. Васильева. Фосфорные циклы, кластеры, цепи и слои. Успехи химии, 1979, т. 48, в. 2, с. 280-296.

420. D.E.C. Corbridge. The structural chemistry of phosphorus. Elsevier Sci. Publ. Co., Amsterdam, London, New York, 1974.- 542p.

421. В.И. Косяков. Топология островных каркасов из атомов фосфора. Изв. СО АН СССР, сер. хим. наук, 1982, № 9, с. 96-108.

422. L. Rapoport, Y. Bilik, Y. Feldman, M. Homyonfer, S.R. Cohen, R. Tenne. Hollow nanoparticles of WS2 as potential solid-state lubricants. Nature, 1997, Vol. 387, No. 6635, p. 791-793.

423. Y.R. Hacohen, E. Grunbaum, R. Tenne, J. Sloand, J.L. Hutchinson. Cage structures and nanotubes of NiCl2, Nature, 1998, Vol. 395, No. 6700, p. 336-337.

424. M. Terrones, W.K. Hsu, H. Terrones, J.P. Zhang, S. Ramos, et al. Metal particle catalysed production of nanoscale BN structures. Chem. Phys. Lett., 1996, Vol. 259, p. 568-573.

425. D. Golberg, Y. Bando, O, Stephan, K. Kurashima. Octahedral boron nitride fullerenes formed by electron beam irradiation. Appl. Phys. Lett., 1998, Vol. 73, No. 17, p. 2441-2443.

426. M. Haser, U. Schneider, R. Ahlrichs. Clusters of phosphorus: a theoretical investigation. J. Am. Chem. Soc., 1992, V01. 114, No. 24, p. 9551-9559.

427. M.D. Chen, J.T. Li, R.B. Huang, L.S. Zheng, C.T. Au. Structure prediction of large cationic phosphorus clusters. Chem. Phys. Lett., 1999, Vol. 305, p. 439-445.

428. R.O. Jones, D. Hohl. Structure of phosphorus clusters using simulated annealing—P2 to P8. J. Chem. Phys., 1990, Vol. 92, No. 11, p. 6710-6721.

429. R.O. Jones, G. Seifert. Structure of phosphorus clusters using simulated annealing.il. P9, Рю, Рц, anions P42", P,20, P,3,", and cations Pn+ to n- 11. J. Chem.

430. Phys., 1992, Vol. 96, No. 10, p. 7564-7572.

431. M. Haser. Structural rules of phosphorus. J. Am. Chem. Soc., 1994, Vol. 116, No. 15, p. 6925-6926.

432. M.D. Chen, KB. Huang, L.S. Zheng, Q.E. Zhang, C.T. Au. A theoretical study for the isomers of neutral, cationic and anionic phosphorus clusters P5, P7, P9. Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 325, p. 22-28.

433. C.-H. Ни, M. Shen, H.F. Schaefer III. Is dodrcahedral P20 special? Theor. Chim. Acta, 1994, Vol. 88, No. 1, p. 29-33.

434. G. Seifert, T. Heine, P.W. Fowler. Inorganic nanotubes and fullerenes: Structure and properties of hypothetical phosphorus fullerenes. Eur. Phys. J. D, 2001, Vol. 16, p. 341-343.

435. B. Song, P.-l. Cao. Structures of P20 cluster using FP-LMTO MD method. Phys. Lett. A, 2001, Vol. 291, Nos. 4-5, p. 343-348.

436. R.O. Jones, G. Gantefor, S. Hunsicker, P. Pieperrhoff. Structure and spectroscopy of phosphorus cluster anions: Theory (simulated annealing) and experiment (photoelectron detachment). J. Chem. Phys., 1995, Vol. 103, No. 22. p. 9549-9562.

437. R. Huang, H. Li, Z. Lin, S. Yang. Experimental and theoretical studies of small homoatomic phosphorus clusters. J. Phys. Chem., 1995, Vol. 99, No.5, p. 14181423.

438. Z.-y. Liu, R.-b. Huang, L.-s. Zheng. Bare phosphorus and binary phosphide cluster ions generated by laser ablation. Z. Phys. D, 1996, Vol. 38, p. 171-177.

439. J. Carette, L. Kerwin. A Study of Red Phosphorus with the Mass Spectrometer. Canad. J. Phys., 1961, Vol. 39, p. 1300-1319.

440. D. Schroder, H. Schwarz, M. Wulf, H. Sievers, P. Jutzi, M. Reiher. Experimenteller Nachweis von neutralem P6: ein neues Allotrop des Phosphors. Angew. Chem. 1999, Vol. 111, No. 23, p. 3723-3726.

441. G. Seifert, E. Hernandez. Theoretical prediction of phosphorus nanotubes. Chem. Phys. Lett., 2000, Vol. 318, p. 355-360.

442. O. Sedo, Z. Vorac, M. Alberti, J. Havel. Laser ablation synthesis of new phosphorus and phosphorus-sulfur clusters and their TOF mass spectrometric identification. Polyhedron, 2004, Vol. 23, p. 1199-1206.

443. G. Monnom, Ph. Gaucherej, C. Paparoditis. Electron impact ionization cross sctions of phosphorus and arsenic molecules. J. Physique, 1984, Vol. 45, p. 77-84.

444. A.A. Shvartsburg, M.F. Jarrold, В. Liu, Z.-Y. Lu, C.-Z. Wang, K.-M. Ho. Dissociation energies of silicon clusters: a depth gauge for the global minimum on the potential energy surface. Phys. Rev. Lett., 1998, Vol. 81, No. 21, p. 4616-4619.

445. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. Справочник. М.: Наука, 1979.

446. L. Guo, Н. Wu, S. Jin. First principles study of the evolution of the properties of neutral and charged phosphorus clusters. J. Molecular Structure (Theochem), 2004, Vol. 677, p. 59-66.

447. A.F. Wells. Structural Inorganic Chemistry, 5th edn, Clarendon, Oxford, 1984

448. P.M. Holland, A.W. Castleman Jr. A model for the formation and stabilization of charged water clathrates. J. Chem. Phys., 1980, Vol. 72, No. 11, p. 5984-5990.

449. T. P. Fehlner. The Preparation of Triphosphine: An Intermediate in the Pyrolysis of Diphosphine. J. Am. Chem. Soc., 1966, Vol. 88, No. 11, p. 26132614.

450. G. von Helden, M.-T. Hsu, P.R. Kemper, M.T. Bowers. Structures of carbon cluster ions from 3 to 60 atoms: Linears to rings to fullerenes. J. Chem. Phys., 1991, Vol. 95, No. 5, p. 3835-3837.

451. U. Rothlisberger, W. Andreoni, M. Parrinello. Structure of nanoscale silicon clusters. Phys. Rev. Lett., 1994, Vol. 72, No. 5, p. 665-668.

452. R.E. Haufler, Y. Chai, L.P.F. Chibante, et al. Carbon arc generation of C60. Mater. Res. Soc. Proc., 1991, Vol. 206, p. 627-638.

453. T. Ishigaki, S. Suzuki, H. Kataura, W. Kratschmer, Y. Achiba. Characterization of fullerenes and carbon nanoparticles generated with a laser-furnace technique. Appl. Phys. A, 2000, Vol. 70, p. 121-124.

454. Э.Ф. Лазнева. Лазерная десорбция. JI.: Изд-во ЛГУ, 1990.-200с.

455. P. Saeta, J.-K. Wang, Y. Siegal, N. Bloembergen, E. Mazur. Ultrafast electronic disordering during femtosecond laser melting of GaAs. Phys. Rev. Lett., 1991, Vol. 67, No. 8, p. 1023-1026.

456. K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, D. von der Linde. Ultrafast laser-induced order-disorder transitions in semiconductors. Phys. Rev. B, 1995, Vol. 51, No. 20, p. 14186-14198.

457. A. Cavalleri, К. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, M. Schreiner, D. von der Linde. Femtosecond melting and ablation of semiconductors studied with time of flight mass spectroscopy. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 85, No. 6, p. 3301-3309.

458. J.L. Elkind, J.M. Alford, F.D. Weiss, R.T. Laaksonen, R.E. Smalley. FT-ICR probes of silicon cluster chemistry: The special behavior of Si^. J. Chem. Phys.1987, Vol. 87, No. 4, p. 2397-2399.

459. M.F. Jarrold. Nanosurface chemistry on size-selected silicon clusters. Science, 1991, Vol. 252, p. 1085-1092.

460. M.F. Jarrold, V.A. Constant. Silicon cluster ions: Evidence for a structural transition. Phys. Rev. Lett., 1991, Vol. 67, No. 21, p. 2994-2997.

461. K. Fuke, K. Tsukamoto, F. Misaizu, M. Sanekata. Near threshold photoinization of silicon clusters in the 248-146 nm region: Ionization potentials for Sin. J. Chem. Phys., 1993, Vol. 99, No. 10, p. 7807-7812.

462. K. Raghavachari. Theoretical studies on silicon clusters. Phase Trans., 1990, Vol. 24-26, Part B, No. 1, p. 61-90.

463. E. C. Honea, A. Ogura, C. A. Murray, K. Raghavachari, W. O. Sprenger, M. F. Jarrold, W. L. Brown. Raman Spectra of Size-Selected Silicon Clusters and Comparison with Calculated Structures. Nature, 1993, Vol. 366, p. 42-44

464. M.L. Mandich, V.E. Bondybey, W.R. Reents Jr. Reactive etching of positive and negative silicon cluster ions by nitrogen dioxide. J. Chem. Phys., 1987, Vol. 86, No. 7, p. 4245-4257.

465. W. R. Creasy, A. O'Keefe, J. R. McDonald. Studies of gas-phase reactions of silicon cation clusters, Sin+, using Fourier transform mass spectrometry. J. Phys. Chem., 1987, Vol. 91, No. 11, p. 2848-2855.

466. A.M. Morales, C.M. Lieber. A laser ablation method for the synthesis of crystalline semiconductor nanowires. Science, 1998, Vol. 279, p. 208-211.

467. N. Wang, Y.H. Tang, Y.F. Zhang, et al. Transmission electron microscopy evidence of the defect structure in Si nanowires synthesized by laser ablation. Chem. Phys. Lett., 1998, Vol. 283, p. 368-372.

468. K. Murakami, T. Makimura, N. Ono, T. Sakuramoto, A. Miyashita, O. Yoda. Dynamics of Si plume produced by laser ablation in ambient inert gas and formation of Si nanoclusters. Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 127-129, p. 368-372.

469. S. Vijayalakshmi, M. A. George, J. Sturmann, H. Grebel. Pulsed-laser deposition of Si nanoclusters. Appl Surf. Sci., 1998, Vol. 127-129, p. 378-382.

470. L. Patrone, D. Nelson, V.I. Safarov, M. Sentis, W. Marine. Photoluminescence of silicon nanoclusters with reduced size dispersion produced my laser ablation. J. Appl Phys., 2000, Vol. 87, No. 5, p. 3829-3837.

471. N. Suzuki, T. Makino, Y. Yamada, T. Yoshida, S. Onari. Structures and optical properties of silicon nanocrystallites prepared by pulsed-laser ablation in inert background gas. Appl Phys. Lett., 2000, Vol. 76, No. 11, p. 1389-1391.

472. J.M. Muramoto, Y. Nakata, T. Okada, M. Maeda. Influence of preparation conditions on laser-ablated Si nano-particle formation processes observed by imaging laser spectroscopy. Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 127-129, p. 373-377.

473. I.A. Movtchan, W. Marine, R.W. Dreyfus, H.C. Le, M. Sentis, M. Autric. Optical spectroscopy of emission from Si-SiOx nanoclusters formed by laser ablation. Appl. Surf Sci., 1996, Vol. 96-98, p. 251-260.

474. Y. Nakata, J. Muramoto, T. Okada, M. Maeda. Particle dynamic during nanoparticle synthesis by laser ablation in a background gas. J. Appl Phys., 2002, Vol. 91, No. 3, p. 1640-1643.

475. J.A Van Vechten, R. Tsu, F.W. Saris. Reasons to believe pulsed laser annealing of Si does not involve simple thermal melting. Phys. Lett. A, 1979, Vol. 74, No. 6, p. 417-421.

476. M. Henyk, R. Mitzner, R. D. Wolfframm, J. Reif. Laser-induced ion emission from dielectrics. Appl. Surf. Sci., 2000, Vol. 154, p. 249-255.

477. T. Gotz, M. Bergt, W. Hoheisel, F. Trager, M. Stuke. Laser ablation of metals: the transition from non-thermal processes to thermal evaporation. Appl. Surf. Sci., 1996, Vol. 96-98, p. 280-286.

478. С. Чепмен, Т. Каулинг. Математическая теория неоднородных газов. М.: ИЛ, 1960.- 512 с.

479. F. Korte, S. Nolte, B.N. Chichkov, Т. Bauer, G. Kamlage, T. Wagner, C. Fallnich, H. Welling. Far-field and near-field material processing with femtosecond laser pulses. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, p. S7-S11.

480. R. Stoian. D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, M. Wittmann, R. Kelly, E.E.B. Campbell. The dynamics of ion expulsion in ultrashort pulse laser sputtering of A1203. Nucl. Instr. andMeth. B, 2000, Vol. 166-167, pp. 682-690.

481. R. Stoian, H. Varel, A. Rosenfeld, D. Ashkenasi, R. Kelly, E.E.B. Campbell. Ion time-of-flight analysis of ultrashort pulsed laser induced processing of AI2O3. Appl. Surf. Sci., 2000, Vol. 165, p. 44-55.

482. S. Amoruso, X. Wang, C. Altucci, C.de Lisio, M. Armenante, R. Bruzzese. Thermal and nonthermal ion emission during high-fluence femtosecond laser ablation of metallic targets. Appl. Phys. Lett., 2000, Vol. 77, No. 23, p. 3728-3730.

483. A. Cavalleri, K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, M. Schreiner, D. von der Linde. Femtosecond melting and ablation of semiconductors studied with time of flight mass spectroscopy. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 85, No. 6, p. 3301-3309.

484. T.T. Tsong. Formation of multiatomic cluster ions of silicon in pulsed-laser stimulated field desorption. Appl. Phys. Lett., 1984, Vol. 45, No. 10, p. 11491151.

485. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Pulsed laser ablation and critical phenomena. Appl. Surf Sci., 2002, Vol. 197-198C, p. 89-92.

486. J. Bonse, S. Baudach, J. Kriiger, W. Kautek, M. Lenzner. Femtosecond laser ablation of silicon modification threshold and morphology. Appl. Phys. A, 2002, Vol. 74, No. 1, p. 19-25.

487. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov. Phase explosion under ultrashort laser ablation: modeling with analysis of metastable state of melt. Appl. Surf Sci., 2002, Vol. 197-198C, p. 44-47.

488. L.V. Zhigilei. Dynamics of the plume formation and parameters of the ejected clusters in short-pulse laser ablation. Appl. Phys. A, 2003, Vol. 76, No. 3, p. 339350.