En los últimos 30 años han sido propuestos varios mecanismos de remoción de partículas atómicas desde la superficie de un sólido metálico tras su interacción con radiación láser. Este fenómeno, denominado ablación láser, es muy complejo y difícil de modelar teóricamente, pero investigaciones recientes¹ coinciden en que el comportamiento del sistema se simplifica en dos condiciones extremas. Con pulsos láser de larga duración y bajas densidades de potencia (£ 1 MW/cm²), el efecto de la radiación láser es producir un calentamiento lento del sólido, conduciendo a remoción de partículas desde la superficie sólo por sublimación, evaporación o ebullición. En el límite opuesto de pulsos muy cortos y muy altas densidades de potencia (³ 1 GW/cm²), prácticamente todo el material removido está ionizado, y la física del proceso de nuevo se torna relativamente simple. Sin embargo, la mayoría de las situaciones prácticas caen entre estos dos límites, y la importancia relativa de los efectos de calentamiento térmico y de plasma no es sencilla de evaluar en este rango de densidades de potencia.

   En este trabajo se presenta una caracterización exhaustiva de un haz atómico de Ba generado por ablación con láser de Nd:YAG (empleado como uno de los reactantes en experimentos de haces moleculares separados) mediante las técnicas de Fluorescencia UV-Visible y Fluorescencia Inducida por Láser (LIF) pulsada. La pluma de ablación fue generada por interacción de la radiación láser (1064 nm) con una muestra metálica sólida (en configuración de ablación normal a la superficie) contenida en una cámara de alto vacío, con densidades de potencia láser entre 0,53 y 1,08 GW/cm². La porción axial de la pluma fue colimada previa a su ingreso a la zona de monitoreo, y las emisiones atómicas (espontáneas o inducidas) originadas en distintos estados electrónicos de Ba fueron detectadas en forma normal a la dirección del haz para evitar efectos de ensanchamiento Doppler.

   La composición del haz de Ba a las densidades de potencia láser de trabajo muestra un predominio de especies neutras (Ba I), mayoritariamente estado electrónico fundamental ¹S y metaestables de baja energía, ³D y ³P. La relación entre estos estados puede ser modificada en forma apreciable controlando la densidad de potencia de ablación.

   Las distribuciones de velocidades de todas las especies presentes son muy anchas y se corresponden con energías cinéticas medias en el régimen hipertérmico (> 50 kJ/mol). Se encontraron marcadas diferencias entre las distribuciones de velocidades de las especies electrónicamente excitadas de Ba y las de su estado fundamental, que proveyeron información fundamental acerca de los mecanismos de generación del plasma de ablación láser. En particular, se encontró evidencia de que los procesos de recombinación ion-electrón son muy importantes en la determinación de la composición y distribución de velocidades de las especies presentes en el haz atómico, en conjunción con procesos de evaporación directa de especies neutras.

¹ A. Bogaerts, Z. Chen, R. Gijbels and A. Vertes, Spectrochim. Acta Part B 58, 1867 (2003).