1

Raport științific

privind implementarea proiectului 269/5.10.2011, cod CNCSIS PN-II-ID-PCE-2011-3-

0650, în perioada ianuarie – octombrie 2014

Titlu: Studiul interacțiunii polimer-radiație laser în atmosfera controlată. Obținerea

de filme nanostructurate prin ablație laser. Aplicații

Obiective generale:

• Studiul unor straturi subtiri PLD. Influenta largimii pulsului laser • Studiul microablatiei laser Pentru îndeplinirea acestor obiective au fost parcurse următoarele activități :

A. Dinamica plasmei de ablatie laser asupra unor esantioane metalice, chalcogenuri, ferite sau polimeri a fost analizata prin tehnici ale spectroscopiei de emisie optica rezolvata spatial si temporal respectiv prin metode specifice de diagnoza electrica.

B. S-a studiat influența lărgimii pulsului laser asupra plasmei de ablație laser pentru o clasa larga de tinte folosite pentru depuneri de straturi subtiri PLD cu aplicatii. Straturile subtiri multicomponet au fost analizate prin tehnici specificeȘ AFM, XRD, Raman, etc. In scopul obtinerii unor straturi subtiri cu caracteristici superioare (uniformitate, lipsa dropleturilor, pastrarea stoichiometriei, parametri optici superiori) au fost discutate influentele diferitilor parametri din plasma de ablatie laser si aspecte ale dinamicii plasmei asupra straturilor PLD.

În cadrul acestor cercetări au fost dezvoltate tehnici, metode de caracterizare și obținere a unor

materiale de interes tehnologic (ferite, chalcogenuri, metale, etc) iar rezulatele obținute au fost trimise spre publicatre în reviste cotate ISI și publicate in cadrul unor conferințe naționale sau internaționale ca lucrări orale, postere sau invitate după cum urmează:

Participari conferinte internationale 1. Georgiana DASCALU, Silviu GURLUI, Petr NEMEC, Oana POMPILIAN, Cristian FOCSA, Nano-, Pico- and Femto-second Laser Ablation of Pure and Rare-earth-doped Gallium Lanthanum Sulphide: A Comparative Study by Space- and Time-resolved Optical Emission Spectroscopy,

Alexandru Ioan Cuza University of Iasi, Faculty of Physics,

Atmosphere Optics, Spectroscopy and Lasers Laboratory (LOA-SL)

Bd-ul Carol I nr 11, Iasi 700506, Romania

Tel: +40232201197; Fax: +40232201150

Email: sgurlui@uaic.ro; Web: spectroscopy.phys.uaic.ro

2

International Conference on Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS 2014), 2014, Beijing, China; 2. G. Dascalu, O. G. Pompilian, I. Mihaila, S. Gurlui, P. Hawlova, P. Nemec, V. Nazabal, C. Focsa, Pure and Rare-Earth Doped Gallium Lanthanum Sulphide Amorphous Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition in Various Temporal Regimes, European Materials Research Society (E-MRS) Spring Meeting, E-MRS 2014, Lille, France; 3. R. Boidin, S. Gurlui, G. Dascalu, P. Nemec, V. Nazabal, C. Focsa, Pulsed Laser Deposition of Ge-Sb-Se glasses: A plasma plume dynamics study, European Materials Research Society Spring Meeting, E-MRS 2014, Lille, France; 4. G. Bulai, O. Caltun, S. Gurlui, M. Feder, B. Chazallon, C. Focsa, Structural and magnetic properties of rare earth doped cobalt ferrite thin films grown by pulsed laser deposition, International Conference on Thin Films, 2014, Dubrovnik, Croatia; 5. Rémi Boidin, Jean-Marc Kfoury, Silviu Gurlui, Georgiana Dascalu, Petr Nemec, Virginie Nazabal, Cristian Focsa, Space- and Time-Resolved Optical Emission Spectroscopy of Plasma Plume Dynamics in Laser Ablation of Ge-Sb-Se Chalcogenide Glasses, International Conference on Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS 2014), 2014, Beijing, China; 6. G. Bulai, O. Pompilian , V. Nazabal, P. Nemec , B. Chazallon, S. Gurlui, C. Focsa, Influence of ablation conditions on the structural and optical properties of Ge-Sb-Te based thin films deposited by PLD, Electroceramics Conference, 2014, Bucharest, Romania; 7. G. Dascalu, O. Pompilian, S. Gurlui, P. Nemec, C. Focsa, Space- and time-resolved optical emission spectroscopy of transient plasma generated by ns and fs laser ablation of Pr- and Er-doped GaLaS, European Materials Research Society Spring Meeting, E-MRS 2014, Lille, France; 8. G. Dascalu, O. Pompilian, N. Cimpoesu, V. Nazabal, P. Nemec, P. Hawlova, B. Chazallon, S. Gurlui, C. Focsa, Improved surface structure and chemical composition of Ge-Sb-Te thin films grown by femtosecond and picosecond PLD, European Materials Research Society Spring Meeting, E-MRS 2014, Lille, France;

Lucrări publicate trimise spre publicare în jurnale cotate ISI 1. P. Nica1, S. Gurlui, M. Osiac, M. Agop, C. Focsa, Electrical Characterization of Femtosecond

Laser-Produced Plasma from Various Metallic Targets, trimisa spre publicare la EPL-EUROPHYS LETT

2. S. Gurlui, E. Buriana, Photo-responsive behavior of novel polyurethane coumarins, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy

Prezentarea raportului stiintific

Interacțiunea radiației laser cu materia solidă (polimeri, materiale magnetice, chalcogenuri,

metelale, etc) produce efecte complexe care nu sunt pe deplin înțelese iar complexitatea lor implica o buna înțelegere a fizicii de bază și chimiei asociată cu interacțiunea laser-țintă și particulă-particulă în interiorul plasmei. Pentru înțelegerea comportamentului materialului în condițiile variate de iradiere, mecanismul fizico-chimic complex implicat (inclusiv undele de soc, instabilitățile hidrodinamice și reacțiile chimice) și dinamica plasmei în gaz reactiv rămâne cu certitudine un domeniu interesant de aprofundat. De asemenea un loc important il ocupa si studiul iradierii laser

3

cu fluente ridicate asupra proprietăților eșantioanelor solide. Astfel, un studiu aprofundat al acestui fenomen complex a fost necesar in ceea ce privește generarea și formarea plasmei și apoi răspunsul specific al acesteia la diferiți parametri (energie/ puls, lungime de unda etc.). O analiză combinată a modificărilor induse pe proba solidă prin iradiere laser de fluență ridicată și dinamica fazei gazoase a oferit informații valoroase pentru o imagine mai completa a fenomenului de ablație laser și a comportamentului materialului, cu potențial ridicat in diferite aplicații. Aceste fenomene depind de asemenea de presiunea gazului, parametrii laserului dar și de proprietățile electrice ale materialului masiv folosit drept țintă.

Analiza combinată a modificărilor induse pe proba solidă prin iradiere laser și dinamica fazei

gazoase generate, oferă informații valoroase pentru obținerea unei imagini mai complete a fenomenului de ablație laser și studiul materiei condensate. Tehnica spectroscopiei de emisie optica rezolvata spatial si temporal a fost utiulizata pentru mai multe categorii de tinte unde au fost deduse:

• profilurile spatio-temporale ale densitatii electronice si ale temperaturii de excitatie ;

• temperatura de excitare a unor specii prezente in pluma de ablatie laser folosind distributia Boltzman

• distributiile de viteze ale speciilor din plasma

• identificarea contributiilor individuale ale particulelor incarcate electric sau neutre din pluma de ablatie laser

• caracterizarea dinamicii unor structuri de pluma dependente de largimea pulsului laser si natura tintei prin tehnici speciale de imagerie ultrarapida

• caracterizarea plumei de ablatie laser prin tehnici de diagnoza electrica (sonde Langmuir, analizor electrostatic, antene cu senzor de cimp magnetic, etc)

Instalatia experimentala utilizata pentru

caracterizarea spatio-temporala a plumei de

ablatie laser folosind tinte diferite (matrici

polimere, metalice, ferite sau chalcogenuri)

4

Imagini ale diferitelor componente din instalatia laser LOASL de obtinere a straturilor subtiri PLD si de

cercetare a plasmei de ablatie laser prin tehnici spectrale si electrice

Reprezentare schematicaă a diferitelor tehnici folosite pentru analiza atât a expansiunii fazei gazoase

indusă laser cât și efectul iradierii asupra filmului subțire obținut prin metoda PLD

5

Efectele iradierii laser asupra probei au fost studiate tinând cont de regimul laser (nanosecunda, picosecunda sau femtosecunda) ci și a fost cercetata de evoluția în timp a plasmei în timpul și imediat după iradierea laser folosind tinte metalice cu mase atomice intr-o plaja foarte mare de valori. În faza lichidă, rata de expansiune în direcțiile laterale observată dupa acțiunea pulsului laser este mai ridicată în cazul duratei mai scurte a pulsului și, în consecință, expansiunea rapidă într-un timp scurt favorizează expansiunea în lateral. În sens contrar, dimensiunea plasmei de ablație într-o direcție normală la suprafața țintei crește foarte încet în timpul iradierii pulsului și crește odată cu lungimea pulsului. Aceste rezultate sunt foarte importante pentru măsurătorile spectroscopice la această scală de timp deoarece parametrii plasmei (densitatea electronilor, atomilor și ionilor, comportamentul temperaturii electronice etc.) manifestă o dependență puternică față de direcția de expansiune a plasmei.

O etapa de cercetare a fost cea focalizata pe o serie de materiale de interes tehnologic si cu

aplicatii practice imediate. Aici amintim doua categorii : straturi subtiri feromagnetice si chalcogenuri. S-a urmarit aici nu neaparat un procedeu standard de obtinere a unor straturi subtiri cu o grosime data ci mai ales au fost identificati acei parametri critici care pot influenta dinamica plumei de ablatie laser si ulterior calitatea stratului subtire depus. Sigur, importanta deosebita prezinta : compozitia chimica a tintei, cuplajul laser-tinta, presiunea gazului de lucru, geometria de expansiune a plumei in raport cu directia suportului PLD, natura suportului PLD, temperatura suportului, etc

Rezultatele preliminare au aratat un cuplaj strins intre acesti parametri cu modificari importante ale proprietatilor fizico- chimice, ai parametrilor optici (n, K), etc.

Astfel, pentru o clasa speciala de chalcogenuri “Pure and rare-earth doped (Erbium or

Praseodymium) gallium lanthanum sulphide (GLS)” s-a evidentiat importanta regimului laser (durata pulsului laser) cit si a fluentei laser asupra dinamicii plumei de ablatie laser (densitati, tempraturi de excitare, viteze de expansiune, etc), asupra geometriei plumei de ablatie laser, etc. Au fost utilizati diferite regimuri laser dupa cum urmeaza :

In regimul nanosecunda, s-a folosit laser cu lungimea de unda de 532 nm, durata pulsului de 10 ns, frecventa de repetitie 10 Hz si fluente de ordinul a 4 J/cm2. In regimul picosecunda s-a folosit laser cu lungimea de unda de 800 nm, durata pulsului de 2 ps, frecventa de repetitie 100 Hz si fluente de ordinul a 1 J/cm2. Pentru iradiere cu laser femtosecunda, durata pulsului laser a fost de 120 fs si caracteristici similare cu regimul ps.

Datele preliminare au aratat modificari importante de la un regim la altul a plumei (reflectata

prin masuratorile de imagerie ICCD) cit si prin masuratorile spectrale de emisie optica rezolvate spatial si temporal.

6

GaLaSPr3+ GaLaSEr3+

Evolutia spatio-temporala plumei de ablatie laser, regim nanosecunda

GaLaSPr3+ GaLaSEr3+

7

Evolutia spatio-temporala plumei de ablatie laser, regim femtoosecunda Pentru caracterizarea individuala a fiecarei specii chimice prezente in plasma, au fost

efectuate masuratori spectrale specifice plasmei tranzitorii. Astfel, functie de regimul laser au fost inregistrate spectre la diferite distante de tinta, pentru felii de plasma cu grosimi de 0.2 mm. Din profilurile spatiale si temporale au fost identificate temperaturile de excitare ale diferitelor specii de particule precum si evolutia temporala a densitatilor electronice.

Rezultatele preliminare arata o structurare a plumei de ablatie laser in care compozitia chimica cit si regimul de iradiere laser joaca un rol fundamental. Masuratorile preliminare arata de asemenea existenta unei zona de accelerare a plumei de ablatie laser. Acest fenomen a fost subiectul unor articole de acest gen si se presupune ca la originea acestei accelerari sta la baza actiunea « stratului dublu de plasma » format prin separarea sarcinilor electrice din pluma in timpul expansiunii.

8

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

74

8.3

5 n

m L

a II

733

.41 n

m L

a I

70

6.6

2 n

m L

a I

I

67

0.9

5 n

m L

a I

64

5.5

9n

m L

a I

63

9.4

2 n

m L

a I

62

6.2

3 n

m L

a I

I

59

3.0

6 n

m P

r I

I5

79

.08

nm

Pr I

I57

8.8

9 n

m P

r II

55

0.1

3n

m L

a I

54

5.5

1 n

m L

a I

51

7.7

3 n

m L

a I

51

1.4

5 n

m L

a I

I4

99

.94

nm

La

II

49

2.1

7 n

m L

a I

I

47

4.2

3 n

m S

II

45

2.2

3nm

La

II

432

.25

nm

La

II

41

7.2

0 n

m G

a I

40

3.2

9 n

m G

a I

39

5.9

1 n

m L

a II

37

7.2

8 n

m P

r I

I3

75

.90

nm

La

II

32

4.5

1n

m L

a I

I31

7.1

6 n

m L

a I

I

294

.36 n

m G

a I

28

7.4

2 n

m G

a I

Inte

nsity (

a.u

)

λ (nm)

GaLaSPr3+

gate 1µs, delay 25 ns, laser pulse energy=15 mJ, z= 0.5 mm

nanosecond

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

GaLaSEr3+

74

8.3

5 n

m L

a I

I

73

3.4

1 n

m L

a I

70

6.6

2 n

m L

a I

I

670

.95

nm

La

I

62

6.2

3 n

m L

a I

I6

24.9

9 n

m L

a I

64

8.5

8 n

m E

r I

58

8.1

1 n

m E

r I

54

5.5

1 n

m L

a I

51

4.5

4 n

m L

a I

49

5.1

7 n

m E

r I

I

51

8.3

4 n

m L

a I

I

49

2.1

7 n

m L

a I

I4

82

.40

nm

La

II

465

.55

nm

La

II

433

.38

nm

S I

41

7.2

0 n

m G

a I

415

.11

nm

Er

I4

12

.32

nm

La

II

40

3.2

9 n

m G

a I

39

4.9

1 n

m L

a I

I3

79

.47

nm

La

II

36

4.5

4 n

m L

a I

I

33

8.0

9 n

m L

a I

I3

51

.72

nm

La

III

33

4.4

5 n

m L

a I

I

32

4.5

1 n

m L

a I

I3

17

.16

nm

La

III

29

4.3

6 n

m G

a I

28

7.4

2 n

m G

a I

Inte

nsity (

a.u

)

λ (nm)

gate 1µs, delay 25 ns, laser pulse energy=15 mJ, z= 0.5 mm

nanosecond

250 300 350 400 450 500 550 600

0

50000

100000

150000

200000

250000

564

.84 n

m S

II

550

.15 n

m P

r I

523

.42 n

m L

a I517.7

3 n

m L

a I

51

4.5

4 n

m L

a I

501

.97 n

m P

r I

494

.97 n

m L

a I

47

0.0

2 n

m S

II

450

.03 n

m P

r III

417

.20 n

m G

a I

403

.29 n

m G

a I

294.3

6 n

m G

a I

Inte

nsity (

a.u

)

λ (nm)

28

7.4

2 n

m G

a I

GaLaSPr3+

femtosecond

gate 1µs, delay 25 ns, laser pulse energy=1.89 mJ, z= 0.85 mm

250 300 350 400 450 500 550 600

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

579.1

3 n

m L

a I

56

5.7

7 n

m L

a I562

.20 n

m E

r I

55

0.1

5 n

m S

I5

45

.51 n

m L

a I

417.2

0 n

m G

a I

Inte

nsity (

a.u

)

λ (nm)

40

3.2

9 n

m G

a I

GaLaSEr3+

femtosecond

gate 1µs, delay 25 ns, laser pulse energy=1.89 mJ, z= 1.2 mm

Spectrul optic de emisie a unei felii de plasma avind grosimea de o.2 mm.

Diferite regimuri de iradiere laser

Spre deosebire de regimul nano, in cazul regimului femto pluma de ablatie laser prezinta o dinamica complet diferita. Elementele dopante contribuie la cresterea substantiala a timpului cu un ordin de marime cit pluma de ablatie laser emite radiatii in spectrul UV-VIS.

De asemenea dupa aproximativ 1000 ns, pluma de ablatie laser, pentru ambii dopanti, are o tendinta de fragmentare iar pluma capata o expansiune mai lenta. De asemenea, comparativ cu studiile efectuate pina in prezent se observa pentru prima data o filamentare a plumei de ablatie laser incepind 3000 ns (GaLaSPr3+) respectiv 4000 ns (GaLaSEr3+). Rezulta de aici ca profilul plumei de ablatie laser sufera modificari substantiale in timpul expansiunii.

Astfel, daca in general profilul plumei de ablatie laser asculta dupa o lege de tip 〖cos〗^n (α), in regimul « clasic » n=8, in cazul sus amintit acest indice are valori mult superioare. Pluma de ablatie laser capata o geometrie filamentara incepind de la distante de 11 mm de tinta si ar putea influenta calitatea stratului PLD.

Un alt obiectiv al acesei etape a fost cea de analiza a unor clase de polimeri speciale pentru

realizarea unor sisteme multistrat polimer-metal. In acest context, s-a demonstrat ca o parte din substraturile pe baza de polimeri organici au

prezentat o serie de avantaje fata de cele anorganice: sunt mult mai flexibile, ofera un domeniu variabil de rigiditate si pot adopta diferite forme in urma actiunii unor stimuli externi. Mai mult, proprietatile materialului polimeric pot fi ajustate in functie de cerintele specifice prin modificare

9

chimica sau prin varierea conditiilor de polimerizare si/sau reticulare. Micro- si nanostructurile obtinute pe un suport polimeric pot fi extrem de utile pentru o varietate mare de aplicatii, precum obtinerea de circuite conductoare sau substraturi pentru controlul adeziunii, insa indiferent de natura provenientei lor, nanoparticulele polimere sunt considerate structuri stabile, in contrast cu alte sisteme.In acest context au fost implementate prin ablatie pe substraturi de poliimida nanoparticule metalice (Cu, puritate 99,4% si Ni,puritate 99,6 %)

Studiile care se refera la capacitatea de structurare a suprafetei straturilor subtiri polimere au aratat ca o influenta semnificativa o au conditiile de iradiere (gama de frecvente si valorile energiilor). Studiile la nivel international privind fenomenele de nanostructurare au urmarit pana acum obtinerea unor materiale capabile sa genereze o structura de suprafata controlabila, fara a se face o legatura directa intre structura chimica a polimerului utilizat si mecanismul de nanostructurare. In momentul de fata exista in literatura de specialitate mai multe modele teoretice si mecanisme care incearca sa explice procesele de reordonare a suprafetei materialelor polimerice, bazate pe doua tipuri de fenomene: primul grup de teorii presupune o reorganizare a materialului polimeric si o comprimare a acestuia sub actiunea radiatiilor UV, iar al doilea grup pleaca de la ipoteza deplasarii materialului polimeric (curgere fotoindusa).

In acest context, gradul de noutate in prezentul proiect se refera la faptul ca, structura chimica a polimerului va influenta in mod esential tipul de mecanism conform caruia se desfasoara procesul de nanostructurare (comprimare sau curgere). Pentru elucidarea acestor aspecte, sunt studiate clase de polimeri cu arhitecturi diferite, cu lantul de baza flexibil, semi-flexibil sau rigid si avand conectate in catena laterala diferite tipuri de cromofori.

Structura

O

O

O

N+

NH

O

O

RNH

O

O O NH

O

n

RO

*

NH

O

O

N

O NH

O

RNH

*

OBr

m

44

R =

Au fost obtinute straturile subtiri polimere pe suport de cuart si sticla speciala transparenta in

domeniul UV si IR (CaF), folosind metoda de depunere spin coating. Au fost cercetati urmatorii polimeri sintetizati in acest scop:

• Polyimide ( sase polimeri) • Poliuretan cumarina (cumarina legata chimic, pendant pe lantul polimeric in pozitia 3. Facem precizarea ca polimerii studiati au fost sintetizati la Institutul de Chimie

Macromoleculara “P.Poni” Iasi. Metodele chimice si structurale de analiza au confirmat structura chimica atribuita compusilor enumerati mai sus.

Au fost studiate efectele fotocromice ale radiatiilor optice in straturile subtiri polimere si in solutii de tetrahidro furan{THF} si dimetilformamida(DMF). Au fost evidentiate procesele dinamice ale fotodimerilor. Modificarile pe care le sufera spectrele electronice de absorbtie si emisie au fost corelate si cu luarea in consideratie a interactiunilor moleculare care pot avea loc in faza solida si in solutie pentru moleculele aflate in starea fundamentala si in stari electronice excitate.

10

Pe de alta parte, nanostructurile supramoleculare ordonate care pot fi generate in filme de copolimeri bloc au fost utilizate drept matrici pentru obtinerea de nanomateriale. In procesul de separare a microfazelor, functia supramoleculara dintre fazele incompatibile joaca un rol important in formarea de nanostructuri, precum sfere, cilindri, lamele. Mai mult, ordonarea unui domeniu caracterizat de existenta unei singure faze ar putea induce o separare microfazica prin intermediul unor mecanisme complexe in urma incorporarii de grupari fotoactive in structura copolimerilor bloc si transferarii ordinii moleculare la nivel supramolecular, cu obtinerea de nanostructuri bine definite. In general, structurile periodice ordonate obtinute din o serie de copolimeri specifici se incadreaza in domeniul 5-50 nm. Din aceasta perspectiva, s-a initiat studiul unui fotopolimer de tip bloc copolimer in care s-a atasat covalent aproximativ 4% cumarina. Cumarina si majoritatea derivatilor de cumarina sunt puternic fluorescenti in solutii si prezinta un proces de autostingere in stare solida datorita fenomenului de cristalizare a fluoroforului. Pentru confirmarea structurii polimerului este dat spectrul RMN al fotopoliuretanului in Fig. 4 impreuna cu amplificarea semnalelor din zona 7.0-7.9 ppm, atribuite protonilor aromatici si nesaturati din cumarina si din izocianatul aromatic utilizat in sinteza (realizata la ICMPP - Iasi).

In acord cu datele de literatura, potrivit carora cumarina si derivatii acesteia au proprietati fluorescente excelente, care au fost exploatate in domeniul laserilor, pentru polimerul investigat s-a inregistrat spectrul de fluorescenta in solutie de DMF si in stare de fim. In acest caz, molecula de cumarina atasata catenei poliuretanice emite la 320 nm (λ exc = 280 nm) si la 440 nm sub forma unui maxim mai larg atribuit formarii de agregate. Complementar, formarea agregatelor a fost pusa in evidenta prin microscopie de forta atomica (AFM).

Subliniem faptul ca metoda de ablatie laser determina aparitia unor procese fizico-chimice care

pot conduce la obtinerea de nanoparticule din orice material de baza: metal, aliaje, semiconductori,

diverse ceramici. Ablatia laser se deosebeste fundamental de alte metode de sinteza a

nanoparticulelor bazate pe interactiuni chimice si fizice. In acest scop au fost obtinute pe filme de

poliimide straturi de metal- polyimide modificand energia pulsurilor laser si timpul de ablatie.

Caracteristicile suprafetelor analizate prin metodele AFM indica clar o interactiune puternica a

nanoparticulelor de Ni cu gruparile atomice ale lantului de poliimide in comparatie cu nanostructurile

de Cu-polimer. Mai mult, nanostructurile Ni-poliimida prezinta si un grad mai mare, de

autoorganizare. Date structurale suplimentare vor fi obtinute in etapele urmatoare prevazute in

proiect.

Structura chimica a poliimidei studiate este urmatoarea.

N

O

O

O

N

O

O

n

BDTA-MMDA

Redam in figurile ce urmeaza analiza suprafetelor filmelor polimer-metal obtinute cu ajutorul microscopiei de forta atomica.

11

Depuneri polimer/metal

• Proba de Cu depus pe film de polimer

• Tinta: Cu, Substrat: Polimer

• d=2cm, p= 10-2

Torr, E=30mJ

• Timp de punere = 40 sec (400 pulsuri)

Depuneri polimer/metal

• Proba de Cu depus pe film de polimer

• Tinta: Cu, Substrat: Polimer

• d= 2cm, p= 10-2

Torr, E= 30mJ

• Timp de punere = 600 sec (6000 pulsuri)

12

• Proba de Ni depus pe film de polimer

• Tinta: Ni, Substrat: Polimer

• d= 2cm, p= 10-2

Torr, E= 30mJ

• Timp de punere = 40 sec (400 pulsuri)

• Proba de Ni depus pe film de polimer

• Tinta: Ni, Substrat: Polimer

• d= 2cm, p= 10-2

Torr, E= 30mJ

• Timp de punere = 600 sec (6000 pulsuri)

13

LOASL impreuna cu grupul de cercetatori de la Universitatea de Stiinte si Tehnologie Lille 1 din Franta (prof. C. Focsa) a observat prezenta in plasma de ablatie laser a unor fenomene oscilatorii. Astfel de fenomene a tras atentia comunitatii stiintifice internationale si a fost subiectul mai multor lucrari invitate si publicatii ISI. Pentru a intelege complexitatea fenomenelor de autostructurare si oscilatorii din plasma de tranzitie laser se impune un studiu profund mergind de la natura materialului iradiat, diferitele conditii experimentale (gaz de lucru, distanta de observatie, fluenta laser, regim laser, etc) si de asemenea trebuie gasit un aparat matematic care sa modeleze aceste fenomene.

Primele rezultate preliminare au fost facute utilizind laseri pulsati cu durata pulsului de ordinul nanosecundelor. Cercetarile noastre au evidentiat faptul ca structura oscilatorie are la baza procesele elementare din pluma de ablatie laser (ciocniri de excitare si ionizare, recombinari) depinde de natura electrica a tintei iar structura in ansamblu prezinta in timpul evolutiei dinamici diferite de la marginea tintei spre substratul spre care inainteaza pluma pentru depuneri de straturi subtiri. Astfel de autostructurari a plumei de ablatie laser ar putea induce proprietati diferite mergind de la stoichiometrie si proprietati optice ale straturilor depuse prin tehnica PLD.

In opinia noastra aceste fenomene sunt cu atit mai importante cu cit suportul PLD este mai aproape de tinta. Cercetarile noastre au fost focalizate de asemenea pe utilizarea unor tinte din materiale cu mase atomice intr-o varietate mare de valori (Aluminiu, Mangan, Cupru, Wolfram, Nichel, Telur, etc) folosind iradiere laser in regim femtosecunda.

O sinteza a rezultatelor preliminare a fost prezentata la diferitele conferinte invitate (a se vedea lista alaturata) si de asemenea consituie baza unei lucrari trimise spre publicare in revista de specialitate cotata ISI.

Director de proiect,

Conf. Dr Silviu GURLUI

13 octombrie 2014