原子光刻中的原子沉积理论模拟及可视化.docVIP

 原子光刻中的原子沉积理论模拟及可视化# 马艳* （同济大学物理系） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：通过一个一维的空间模型来模拟实际为二维空间中的原子传播，有效的简化了原子在 激光会聚原子沉积过程中的波动方程，并且通过软件实现可视化效果，程序可以对多种参数 进行连续的改变，对研究各种原子在会聚实验中的沉积过程都有着一定的作用。 关键词：原子沉积，理论模拟，可视化 中图分类号：O436 Numerical Simulation and Visualization of Atomic Deposition in Atom Lithography Mayan (the physics department of Tongji University) Abstract: An effectively one dimensional model was introduced in order simulate the propagation of an atomic wave packet through a two dimensional potential. A simple algorithm was used to calculate the evolution of the wave packet and the visualization application software allowed convenient visualization. The user interface which allows simultaneously changing parameters has been very helpful in researching atomic deposition. Key words: atomic deposition, Numerical simulation, visualization 0 引言 激光会聚原子沉积技术是利用近共振光的辐射压力，使原子束产生空间强度分布，在 [1] [2] [3] 种技术也被称为原子光刻技术。在近共振激光驻波场中，原子会聚沉积，形成以激光半波长 为周期的光栅结构。光栅周期性好，条纹均匀，空间上相干一致。因此，利用激光场准直和 会聚原子，从而进行原子光刻的研究逐渐成为物理学中的热门课题。国内也已经对这一工作 [4] 1 原子光刻技术的工作原理 图 1 为原子光刻技术的工作原理图。从原子炉喷发出的原子在真空系统中运动一段距离 以后，首先被一束沿 x 方向传播的激光准直（横向冷却）为 x 方向发散角较小的原子束，或 x 方向的速度较小的原子束。这就是我们上一章所提到的激光冷却过程。经激光准直后的原 子运动到一维激光驻波场 一维驻波场是由一束激光 中后，会受到偶极力的作用而改变原来的运动轨迹。其中， 经逆向反射后叠加而成的，从而建立了一系列相互平行的 偶极力势阱，势阱的间距为 。当激光频率失谐量 时，势阱的最低点位于 基金项目：This research is supported by the Shanghai Nanoscience Foundation , National natural Science Foundation of China and National Key Technology RD Program. 作者简介：马艳生于 1974 年，目前在同济大学物理系工作从事光学方面研究. E-mail: mayan@tongji.edu.cn -1-  驻波波节（波腹）处，原子受到的力朝向阱底（外），受该力的作用原子将被会聚到驻波波 40 节（波腹）处。进而沉积在基片表面形成纳米光栅结构，光栅结构的周期为 。激光驻波 场对原子的会聚现象类似于光学透镜对光线的会聚现象。因此，激光驻波场又被称为原子透 镜。下面的工作就是分析原子在偶极力势阱中所受的作用力。 45 50  图 1 原子光刻技术的工作原理图 2 激光会聚原子沉积的理论模拟 2.1 原子沉积中的原子波函数 经过典型的会聚装置的原子束主要沿着 z 方向运动（如图 1 所示），聚焦光场为贯穿 x 和 z 方向（图 1 中的上下方向）。当足够靠近激光驻波场的波腹时，沿着辐射方向也就是 z 方向获得一个高斯分布的激光驻波场。假设 z 方向新进入辐射场的原子的动能远大于相互作 用能并且聚焦区域与 y 方向的完全一致，那么原子的运动轨迹就可以用沿着 x 方向机械运动 的有效的空间模型来描述。利用近轴空间，沿着 z 方向原子波函数 [6] 可以用薛定谔方 55