レーザー励起金属ナノ粒子におけるナノ秒ナノバブル形成の熱力学

水性懸濁液中のレーザー加熱金ナノ粒子の非線形熱挙動を、時間分解光学分光法およびX線散乱法によって解明した。ナノ粒子は、大きな吸収断面積と周囲への遅い放熱により、一時的に高い格子温度まで励起され得る。その結果として、格子膨張、光透過率の変化、蒸気バブルの形成、または粒子の溶融が観察される。熱伝達方程式は、特性冷却時間よりも短い熱パルスと長い熱パルスの2つの極限ケースについて解かれる。フェムト秒レーザーおよびナノ秒レーザーによるパルス励起の結果は理論的予測によって説明され、バブル形成は粒子-液体界面におけるスピノーダル分解として解釈される。レーザー分光法とX線散乱法の結果が定性的にも定量的にも一致することが示され、包括的モデルの妥当性が強調される。