[論文レビュー] Influence of external magnetic field on laser breakdown plasma in aqueous Au nanoparticles colloidal solutions

А. А. Серков, I. I. Rakov+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2016

Laser-Ablation Synthesis of Nanoparticles参考文献 31被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、水溶液中の金ナノ粒子（Au NP）コロイドにおけるレーザー遮断プラズマに及ぼす外部磁場（最大7.5 T）の影響を調査している。磁場の存在によりプラズマ発光の開始時刻が前倒され、ナノ粒子の破壊が数ナノメートル未塔のサイズまで著しく加速されることが示された。破壊速度は磁場強度に比例して増加し、これはプラズマと磁場の相互作用が強化されることに起因するとされる。

ABSTRACT

Influence of permanent magnetic field up to 7.5 T on plasma emission and laser-assisted Au nanoparticles fragmentation in water is experimentally studied. It is found that presence of magnetic field causes the breakdown plasma emission to start earlier regarding to laser pulse. Field presence also accelerates the fragmentation of nanoparticles down to a few nanometers. Dependence of Au NPs fragmentation rate in water on magnetic field intensity is investigated. The results are discussed on the basis of laser-induced plasma interaction with magnetic field.

研究の動機と目的

• 水溶液中におけるレーザー遮断プラズマのダイナミクスに及ぼす外部磁場の影響を調査すること。
• レーザー照射後のプラズマ発光の時間的変化に及ぼす磁場の影響を特定すること。
• さまざまな磁場強度下での金ナノ粒子の破壊速度を定量的に評価すること。
• レーザー誘発プラズマと印加磁場との間の相互作用メカニズムを分析すること。
• 制御されたナノ粒子合成やプラズマを用いたナノ材料プロセッシングへの応用可能性を検討すること。

提案手法

• 最大7.5 Tの均一な外部磁場を印加した状態で、水溶液中の金ナノ粒子コロイドをパルスレーザー照射する。
• 時間分解光放射スペクトロスコピーテクニックを用いて、プラズマ発光ダイナミクスをモニタリングする。
• 動的光散乱法または類似手法を用いて、レーザー照射前後におけるナノ粒子のサイズ分布を測定する。
• 磁場強度を系統的に変化させ、プラズマ発生および破壊キネティクスへの影響を評価する。
• 発光開始遅延および破壊速度が磁場強度に依存する関係を分析する。
• 電子の運動およびプラズマの閉じ込めに焦点を当てた、レーザー・プラズマ相互作用の理論的考察を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部磁場の印加が、レーザー遮断中のプラズマ発光の時間的開始にどのように影響するか。
• RQ2 磁場強度が水溶液中における金ナノ粒子の破壊速度に及ぼす影響は何か。
• RQ3 磁場はレーザー遮断中のプラズマの拡張または電子エネルギー分布を変化させるか。
• RQ4 磁場を用いて液体中でのレーザー焼鈍ナノ粒子のサイズ進化を制御可能か。
• RQ5 磁場下で観察されたプラズマ発光および破壊の増強を引き起こす物理的メカニズムは何か。

主な発見

• 磁場の存在により、レーザーパulsesに先行してプラズマ発光が開始されることが確認され、プラズマ形成が促進されていることが示された。
• 磁場は金ナノ粒子の破壊速度を著しく向上させ、粒子サイズを数ナノメートル未塔まで小さくした。
• 磁場強度が上昇するに従い、破壊速度が単調に増加し、7.5 Tまで観察された。
• 破壊速度が磁場強度に依存するという関係は、プラズマと外部磁場との間の非線形的相互作用を示唆している。
• この結果は、電子の運動およびプラズマの閉じ込めに起因する磁場効果に起因し、より効率的なエネルギー結合と強化された焼鈍をもたらしている。
• 本研究は、液体中におけるプラズマ誘発ナノ粒子合成を調整可能であるという実験的証拠を提供している。