Ablation von Metallen unter (Sub-) Pikosekunden-Laserbestrahlung: gekoppelte Molekulardynamik- und Finite-Differenzen-Untersuchung

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Unter Laserbestrahlung mit hinreichend hoher Intensität werden Oberflächen ablatiert. Im Falle metallischer Targets wird die Laserenergie zunächst vom Elektronensystem absorbiert; dieses gibt seine Energie an das Gitter ab, das letztendlich aufschmilzt und ablatiert. Die eigentliche Ablation kann als Oberflächenverdampfung, bei höheren Energiedichten als im Volumen erfolgender Phasenübergang betrachtet werden, der durch kollektive Züge gekennzeichnet ist, auch die starken infolge der inhomogenen Heizung auftretenden Druckgradienten können zur Ablation beitragen. Im beantragten Vorhaben sollen mithilfe von Computersimulation auf atomistischer Basis die unter Laserbestrahlung auftretenden Nichtgleichgewichtsprozesse untersucht werden. Dies soll auf der Basis eines hybriden Verfahrens geschehen, bei dem die Atombewegung durch Molekulardynamik, die Prozesse im Elektronensystem durch ein Finite-Differenzen-Verfahren untersucht werden. Als Ergebnis erwarten wir ein detailliertes Verständnis der Dynamik während der Ablation, und hierbei insbesondere des Wechselspiels zwischen elektronischem System und Gitter. Ablationsschwelle, die Rolle des Drucks bei der Ablation sowie Cluster- und Tröpfchenverteilung im emittierten Material sollen bestimmt werden.