Comparison of 1D-, 2D- AND 3D- atomistic models for laser ablation of aluminum

In this work the femtosecond laser pulse modification of surface is studied for aluminum (Al) and gold (Au) by use of two-temperature atomistic simulation. The results are obtained for various atomistic models with different scales: from pseudo-one-dimensional to full-scale three-dimensional atomistic simulation. The surface modification after laser irradiation can be caused by ablation and melting. At low energy of laser pulse, the nanoscale ripples on surface may be induced by the melting without laser ablation. The nanoscale changes of the surface are due to the splash of molten metal under temperature gradient. The laser ablation occurs at a higher pulse energy when a crater is formed on the surface.

laser ablation, molecular dynamics, two-temperature model

Сопоставление 1D-, 2D- и 3D- атомистических моделей лазерной абляции алюминия

В работе представлены результаты исследования модификации поверхности алюминия фемтосекундными лазерными импульсами методом двухтемпературного атомистического моделирования. Проведено моделирование на различных масштабах — от квазиодномерной модели до полномасштабных трехмерных атомистических расчетов. Показано, что модификация поверхности может происходить вследствие абляции или плавления. При низкой мощности лазерного импульса на поверхности могут возникать наноразмерные волны при плавлении в отсутствие абляции. В этом случае возникает наномодификация поверхности за счет расплескивания расплава из-за температурного градиента. При больших мощностях лазерного импульса наблюдалась абляция поверхностного слоя с образованием кратера.

двухтемпературная модель, абляция, наноструктуры, молекулярная динамика, модификация поверхности