Анализ образования периодических наноструктур на поверхности золота при воздействии лазерных ультракоротких импульсов вблизи порога плавления

Научная библиотека Комментариев к записи Анализ образования периодических наноструктур на поверхности золота при воздействии лазерных ультракоротких импульсов вблизи порога плавления нет

Иванов Д.С., Липп В.П., Блюменштейн А., Вейко В.П., Яковлев Е.Б., Роддатис В.В., Гарсия М.Е., Ретфельд Б., Илеманн Ю., Симон П. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, Издательство: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Санкт-Петербург), ISSN: 2226-1494, 2015. Т. 15. № 6. С. 984-999,  УДК: 538.913 538.971

АННОТАЦИЯ:

Предмет исследования. Механизм структуризации поверхности сверхкороткими лазерными импульсами включает много взаимосвязанных быстрых неравновесных процессов в твердом теле. Анализ экспериментальных данных не может охватить все механизмы наноструктурирования. В работе проведено прямое сравнение данных моделирования и экспериментальных результатов по наномодификации поверхности одним лазерным импульсом пикосекундной длительности. Метод. Экспериментальные результаты получены при воздействии лазерного излучения с длиной волны 248 нм и длительностью импульса 1,6 пс. Проекция маски (дифракционной решетки) на поверхность золота создает распределения интенсивности синусоидальной формой с периодом 500 нм. Образовавшиеся структуры проанализированы на сканирующем и просвечивающем электронных микроскопах. Для моделирования воздействия лазерного импульса на толстую золотую мишень применена гибридная модель, сочетающая молекулярную динамику и анализ на основе непрерывной (континуальной) двухтемпературной модели, способная проанализировать механизмы, ответственные за процесс наноструктурирования. Основные результаты. Показано хорошее совпадение результатов моделирования и экспериментальных данных, подтверждающее, что предлагаемый подход может стать мощным инструментом выявления физических процессов наноструктурирования поверхности металлов, который обеспечит микроскопическое представление о динамике процессов их структурирования. Представленная модель является важным шагом на пути к новым вычислительным инструментам в прогнозировании реакции материалов на воздействие ультракороткого лазерного импульса в атомном масштабе и свойств модифицированных поверхностей. Практическая значимость. Детальное понимание динамики процесса даст возможность разрабатывать топологии функциональных поверхностей на нано- и микромасштабах.

ОПИСАНИЕ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ:

Analysis of periodic nanostructures formation on a gold surface under exposure to ultrashort laser pulses near the melting threshold

Ivanov D.S.1,2, Lipp V.P.2,3, Blumenstein A.3,4, Veiko V.P.1, Yakovlev E.B.1, Roddatis V.V.5, Garcia M.E.3, Rethfeld B.2, Ihlemann J.4, Simon P.4

1 ITMO University
2 Technical University of Kaiserslautern and OPTIMAS research center
3 University of Kassel
4 Laser-Laboratorium Gottingen e.V. Gottingen
5 Institute of Material Physics

Subject of Study. The mechanism of surface restructuring by ultrashort laser pulses involves a lot of fast, non-equilibrium, and interrelated processes while the solid is in a transient state. As a result, the analysis of the experimental data cannot cover all the mechanisms of nanostructuring. We present a direct comparison of a simulation and experimental results of surface nanomodification induced by a single laser pulse. Method. The experimental results were obtained by using a mask projection setup with a laser wavelength equal to 248 nm and a pulse length equal to 1.6 ps. This setup is used to produce an intensity grating on a gold surface with a sinusoidal shape and a period of 500 nm. The formed structures were analyzed by a scanning and transmission electron microscope, respectively. Then a hybrid atomistic-continuum model capable of capturing the essential mechanisms responsible for the nanostructuring process was used for modeling the interaction of the laser pulse with a thick gold target. Main Results. A good agreement between simulation and experimental data justifies the proposed approach as a powerful tool revealing the physics behind the nanostructuring process at a gold surface and providing a microscopic insight into the dynamics of the structuring processes of metals in general. The presented model, therefore, is an important step towards a new computational tool in predicting materials response to an ultrashort laser pulse on the atomic scale and properties of the modified surfaces. Practical Relevance. This detailed understanding of the dynamics of the process will pave the way towards pre-designed topologies for functionalized surfaces on the nano- and micro-scales.

Источник: http://elibrary.ru/item.asp?id=24843136

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top