時域熱反射是一種非常適合熱物理性質測量的技術。相應的光譜材料響應從(cong) 100 MHz擴展到10 THz。然而，時域熱反射的最終帶寬不受光學采樣的限製，而是受沉積在樣品上的金屬傳(chuan) 感器的限製，該傳(chuan) 感器通常是分辨率和帶寬的最終限製因素。
TDTR專(zhuan) 題：泵浦熱探測中金屬傳(chuan) 感器薄膜熱傳(chuan) 導性能（一）
熱傳(chuan) 導過程
在泵浦光與(yu) 金屬傳(chuan) 感器作用後數十飛秒內(nei) ，吸收的能量通過電子-電子碰撞引起電子的非平衡熱分布，然後通過電子-聲子碰撞傳(chuan) 遞能
量。這可通過雙溫模型（2TM）描述，電子溫度為(wei) Te，聲子溫度為(wei) Tp。 最後，電子、聲子間的熱平衡在幾皮秒內(nei) 到達。
雙溫模型條件
達到熱平衡(Te=Tp)且樣品層內(nei) 聲子弛豫(Tp遞減)已經開始。
薄膜傳(chuan) 感器中的電子-聲子演化
圖1. (a) 150納米和(b) 50納米厚的鋁膜表麵(紅色)和鋁/二氧化矽界麵(藍色)的電子Te(實線)和聲子Tp(虛線)溫度
如圖1紅線，鋁中電子溫度迅速升高，迅速馳豫，代表能量從(cong) 電子快速轉移到聲子。如圖1藍線，150 nm傳(chuan) 感器在界麵處沒有明顯的熱
傳(chuan) 遞，50 nm的傳(chuan) 感器在界麵處電子溫度明顯增加。
圖2. (a)、(b)：聲子溫度弛豫，(c)、(d)：金/二氧化矽(黑色)和鋁/二氧化矽(紅色)薄膜界麵處的電子和聲子溫度差，厚度分別為(wei) (a)、(c) 150 nm和(b)、(d) 50納米
圖2為(wei) 金與(yu) 鋁在相同吸收能量下通過雙溫模型計算得到。金電子比熱容比鋁低一半導致金顯示出比鋁高的溫升。金電子-聲子耦合常數
比鋁小12倍導致金的能量轉換比鋁慢。另外金有較高的電子熱導率，允許金中有快速的電子熱通量，再由於(yu) 弱的電子-聲子耦合，金膜
中的溫度迅速均勻化。相反，在電子-聲子耦合常數更強的鋁膜中，電子迅速將其能量釋放到聲子中，然後聲子開始在金屬膜的厚度上
擴散。
薄膜-襯底界麵的聲子輸運(長時間尺度)
圖3.（a）、(b)傳(chuan) 感器-襯底界麵聲子弛豫，(c)、(d)不同傳(chuan) 感器下傳(chuan) 感器-襯底界麵電子、聲子溫差時域圖
傳(chuan) 感器在將熱能傳(chuan) 輸到樣品層起主要作用。這種轉移，特別是聲子能量的轉移，取決(jue) 於(yu) 傳(chuan) 感器的熱性質，這導致換能器和樣品間界麵處
的熱平衡和不同的熱傳(chuan) 遞。當達到熱平衡後聲子溫度開始下降時，就可以得到這種聲子熱輸運。圖3示出通過雙溫度模型在更長的時間
尺度上計算的在150 nm和50 nm厚度下，在金/二氧化矽和鋁/二氧化矽界麵處的聲子溫度。
圖3(a)和3(b)顯示電子-聲子耦合常數對界麵聲子溫度的影響。鋁膜中較高的電子-聲子耦合使其熱平衡快於(yu) 金膜。界麵處電子和聲子溫
差趨於(yu) 零，鋁和金分別在2 ps和10 ps左右達到熱平衡。此外，鋁/二氧化矽界麵處的聲子溫度振幅比金/二氧化矽界麵處的聲子溫度
振幅大。而對於(yu) 50納米厚的膜，金屬厚度將更接近光學穿透深度，使得鋁膜熱更透明。
此外，當鋁聲子達到它們(men) 的熱平衡時，在薄膜(50 nm)中激發40 ps後，溫度開始下降並熱化。這比金(150 ps)短4倍。即使150 nm，
鋁中聲子溫度的快速弛豫也意味著更快的熱傳(chuan) 遞和更高的鋁膜透明度。因此鋁表麵吸收的大量能量從(cong) 電子轉移到聲子，從(cong) 而在樣品層內(nei)
流動。金屬傳(chuan) 感器中的熱飛行時間是TDTR熱時間分辨率的實際限製因素。相反，金膜中低電子-聲子耦合導致向界麵弱且慢的聲子熱傳(chuan)
輸，從(cong) 而導致對底層熱特性的低敏感性。
下期將會(hui) 對頻域上的熱響應及其他金屬的熱行為(wei) 進行介紹。
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