Влияние высоких температур, возникающих при лазерном воздействии, на изменение строения ОЦК-кристалла в молекулярно-динамической модели
УДК 53.072: 544.171.44
Аннотация
В данной работе представлены результаты влияния высокотемпературного воздействия на изменения структуры кристаллов ОЦК. Интерес к исследованию обусловлен тем, что процессы, происходящие в поверхностном слое, пребывающем в жидком состоянии, в последующем окажут свое влияние при его кристаллизации и, как следствие, скажутся на различных физических и геометрических характеристиках поверхности материала в целом. Представленная модель дает возможность наблюдать несовершенства структуры, которые представляют собой появление пор на поверхностных слоях металла. Построенная и описанная в работе модель, температура расчетной ячейки в которой распределяется в соответствии с решением линейной задачи теплопроводности, позволила выявить нарушение сплошности поверхностного слоя, заключающееся в локализации избыточного свободного объема в виде группы сферических пор. Размеры этих несовершенств, а также длительность их существования имеют отличия при моделировании разной плотности энергии лазерного излучения. Дальнейшее исследование позволило выявить условия, при которых поры остаются стабильными на протяжении всего времени моделирования, а также выявить связь между кристаллографической ориентацией межфазной границы «твердое тело — жидкость» и размерами образуемых пор.
Скачивания
Metrics
Литература
Qasemian A., Qanbarian M., Arab B. Molecular dynamics simulation on explosive boiling of thin liquid argon films on cone-shaped Al-Cu-based nanostructures // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Vol. 145. http:// doi.org/10.1007/s10973-020-09748-y
Daraszewicz S.L., Giret Y., Naruse N., Murooka Y., Yang J., Duffy D. M., Shluger A.L., Tanimura K. Structural dynamics of laser-irradiated gold nanofilms // Physical Review B. 2013. Vol. 88. 184101. http://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.184101
Hase M., Miyamoto Y. and Tominaga J. Ultrafast dephasing of coherent optical phonons in atomically controlled GeTe/Sb2Te3 superlattices // Physical Review B. 2009. Vol. 79. 174112. http://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.174112
Miyasaka Y., Hashida M., Ikuta Y., Otani K., Tokita S. and Sakabe S. Nonthermal emission of energetic ions from a metal surface irradiated by extremely low-fluence femtosecond laser pulses // Physical Review B. 2012. Vol. 86. 075431. http://doi. org/10.1103/PhysRevB.86.075431
Hashida M., Namba S., Okamuro K., Tokita S. and Sakabe S. Ion emission from a metal surface through a multiphoton process and optical field ionization // Physical Review B. 2010. Vol. 81. 115442. Doi: http://doi.org/10.1103/ PhysRevB.81.115442
Dachraoui H. and Husinsky W. Fast electronic and thermal processes in femtosecond laser ablation of Au // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89. 104102. https://doi. org/10.1063/1.2338540
Dachraoui H., Husinsky W. and Betz G. Ultra-short laser ablation of metals and semiconductors: evidence of ultra-fast Coulomb explosion // Applied Physics Letters, A. 2006. Vol. 83. https://doi.org/10.1007/s00339-006-3499-y
Semerok A. and Dutouquet C. Ultrashort double pulse laser ablation of metals // Thin Solid Films. 2004. Vol. 453-454. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.11.115
Scuderi D., Albert O., Moreau D., Pronko P.P., Etchepare J. Interaction of a laser-produced plume with a second time delayed femtosecond pulse // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 86. 071502. https://doi.org/10.1063A.1864242
Pinon V., Fotakis C., Nicolas G., Anglos D. Double Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy with Femtosecond Laser Pulses. // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2008. Vol. 63. https://doi.org/10.1016/j. sab.2008.09.004
Mildner J, Sarpe C., Gotte N., Wollenhaupt M. and Baumert T. Emission signal enhancement of laser ablation of metals (aluminum and titanium) by time delayed femtosecond double pulses from femtoseconds to nanoseconds // Applied Surface Science. 2014. Vol. 302. https://doi. org/10.1016/j.apsusc.2013.09.137
Donnelly T., Lunney J.G., Amoruso S., Bruzzese R., Wang X. and Ni X. Double pulse ultrafast laser ablation of nickel in vacuum // Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 106. 013304. https://doi.org/10.1063/L3159010
No& S., Hermann J. Reducing nanoparticles in metal ablation plumes produced by two delayed short laser pulses // Applied Physics Letters. 2009. Vol. 94. 053120. https://doi. org/10.1063/1.3079404
Локтионов Е.Ю., Oвчинников А.В., Протасов Ю.С., Ситников Д.С. Газово-плазменные потоки при фемтосекундной лазерной абляции металлов в вакууме // Теплофизика высоких температур. 2014. Vol. 52. № 1. https://doi. org/10.7868/S004036441401013X
Muto H., Miyajima K. and Mafune F. Mechanism of Laser-Induced Size Reduction of Gold Nanoparticles As Studied by Single and Double Laser Pulse Excitation // The Journal of Physical Chemistry C. 2008. Vol. 112. https:// doi.org/10.1021/jp711353m
Карпухин В.Т., Маликов M^, Бородина Т.И., Валь-яно Г.Е., Гололобова О.А., Стриканов Д.А. Образование полых микро- и наноструктур диоксида циркония при лазерной абляции металла в жидкости // High Temp. 2015. Vol. 53. № 1. https://doi.org/10.7868/S004036441501010X
Rohloff M., Das S.K., Hohm S., Grunwald R., Rosen-feld A., Kruger J., & Bonse J. Formation of laser-induced periodic surface structures on fused silica upon multiple cross-polarized double-femtosecond-laser-pulse irradiation sequences // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 110. 014910. https://doi.org/10.1063/1.3605513
Cherednikov Y., Inogamov N.A., Urbassek H.M. Influence of defects on extreme ultraviolet laser ablation of LiF // Physical Review B. 2013. Vol. 88. 134109. https://doi. org/10.1103/PhysRevB.88.134109
Wu C., Christensen M.S., Savolainen J.M., Balling P., Zhigilei L.V. Generation of subsurface voids and a nanocrystalline surface layer in femtosecond laser irradiation of a single-crystal Ag target // Physical Review B. 2015. Vol. 91., 035413. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.035413
Baffou G., Rigneault H. Femtosecond-pulsed optical heating of gold nanoparticles //Physical Review B. 2011. Vol. 84. 035415. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.035415
Ganeev R.A., Hutchison C., Lopez-Quintas I., McGrath,F., Lei D.Y., Castillejo M., Marangos J.P. Ablation of nanoparticles and efficient harmonic generation using a 1-kHz laser // Physical Review A. 2013. Vol. 88. 033803. https://doi. org/10.1103/PhysRevA.88.033803
Анисимов С.И., Капелиович Б.Л., Перельман Т.Л. Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракоротких лазерных импульсов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1974. Vol. 66. № 2.
Kaganov M.I., Lifshitz I.M., Tanatarov L.V. The electron-lattice relaxation // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 1956. Vol. 31.
Mendelev M.I., Han S., Srolovitz D.J., Ackland G.J., Sun D.Y., Asta M. Development of new interatomic potentials appropriate for crystalline and liquid iron // Philosophical magazine. 2003. Vol. 83. https://doi.org/10.1080/14786430310 001613264
XMD — Molecular Dynamics for Metals and Ceramics // Mode of Access: http://xmd.sourceforge.net/about.html 30.12.2022.
Stukowski A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO-the Open Visualization Tool // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2009. Vol. 18. 015012. http://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012
Рыкалкин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справочник. М., 1985
Copyright (c) 2023 Анастасия Николаевна Гостевская , Артем Владимирович Маркидонов , Михаил Дмитриевич Старостенков , Владислав Константинович Дробышев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
