激光驻波场与中性铬原子相互作用沉积纳米结构的三维分析

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原子光刻作为一项制作纳米尺度结构的技术已经引起科学界的广泛关注。利用中性铬原子进行的纳米光刻技术是在基片上产生纳米结构的一种新手段,其基本原理是利用激光驻波场偶极力实现对中性铬原子束的会聚并使之沉积在基片上,从而形成一系列具有周期结构的、规则的纳米条纹或点阵结构。  本文主要基于半经典理论对激光驻波场与中性铬原子的相互作用进行三维分析。首先,通过分析铬原子在大失谐蓝移高斯激光驻波场中的运动特性,利用适当步长的四阶龙格-库塔算法获得了铬原子在激光驻波场中的三维运动轨迹。其次,通过累计算法得到了铬原子束的沉积分布和三维纳米条纹结构。最后,对由像差和其他诸如光束腰半径、激光功率和基片位置之类的因素带来的图像畸变进行了详细的分析,并阐述了它们对聚焦光束沉积结构的影响。  本文完成的主要工作和创新之处可概括如下:  ⑴对高斯激光驻波场与铬原子相互作用前所需的准备工作进行了详细的分析和描述,如需要经过激光冷却的高度准直的原子束、频率稳定的大失谐蓝移近共振激光驻波场等。  ⑵探讨中性铬原子在高斯激光驻波场中运动的三维模型,对理想条件下单原子运动轨迹进行三维仿真。以单原子三维运动轨迹为基础,采用半经典理论仿真在偶极力作用下中性铬原子束在高斯激光驻波场中的三维运动轨迹,分析高斯激光驻波场中铬原子的运动特性。  ⑶基于中性铬原子束的三维运动轨迹,分析激光驻波场作用于中性铬原子时所体现出来的球差、色差、原子束发散、光束腰半径、激光功率和基片位置等因素对沉积过程的影响,在此基础上综合考虑了多种因素共同存在时纳米光栅沉积条纹的三维特性。  模拟结果表明,对中性原子与激光驻波场的相互作用进行三维仿真可以给出激光驻波场作用下中性原子沉积纳米光栅的全部信息,并反映出纳米光栅沉积制作过程中的三维本质全貌,对实际应用更具有指导意义。
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