Probing the atomic dynamics of ultrafast melting with femtosecond electron diffraction
本文利用飞秒电子衍射研究铜的超快熔化过程，发现熔化始于表面并迅速均匀扩展，结合分子动力学模拟证明固有动力学而非过热极限限制了金属超快熔化中的无序化速度。
2025-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Charge density wave melting in one-dimensional wires with femtosecond sub-gap excitation
电荷密度波（CDW）是低维金属中由于强的电子-电子和/或电子-声子耦合而通常出现的电子破缺的基态。通过飞秒激光脉冲光掺杂建立的非平衡载流子分布很容易淬灭这些基态，并诱导超快绝缘体到金属的相变。迄今为止，CDW熔化主要是在单光子和隧穿机制下研究的，而中间多光子机制则很少受到关注。在这里，我们激发一维铟线的CDW间隙~ 300 meV的中红外脉冲在190 meV与MV/cm的场强和探测瞬态电子结构的时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）。我们发现，CDW间隙填充的时间尺度短，我们的时间分辨率为300 fs相比，相变是在~ 1 ps内完成。在最小理论模型的支持下，我们将我们的发现归因于跨CDW能隙的多光子吸收。
2018-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond-scale Heterogeneous Melting of Metals at Extreme Non-equilibrium States
本研究通过多尺度模拟揭示了非热膨胀驱动的高速固-液界面传播机制，为理解激光诱导结构转变提供了新视角。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Various damage mechanisms in carbon and silicon materials under femtosecond x-ray irradiation
本文综述了飞秒自由电子激光（FEL）脉冲辐照下材料损伤机理的研究结果。它们是使用我们的混合方法XTANT（X射线诱导的热和非热转变）获得的。各种损伤机制进行了讨论相对于金刚石，无定形碳，C60晶体，和硅的例子的脉冲能量密度和材料特性。我们指出条件：由于电子-离子能量交换而产生靶的热熔化;由于原子间势的改变而产生的非热相变;由于有限尺寸系统中累积的净电荷而产生的库仑爆炸;由于样品碎片的分离而在较高能量密度下产生的溅射或烧蚀;以及热的致密物质形成。瞬态光学系数与实验数据进行比较，只要可用，证明我们的建模方法的有效性。预测的衍射图案可以与正在进行的或未来的自由电子激光实验的结果进行比较。我们的模型的局限性和未来可能的发展方向进行了概述。
2018-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Selective nonthermal melting in phlogopite under ultrafast energy deposition
本文用紧束缚分子动力学、输运 Monte Carlo 与 Boltzmann 方程的混合模型，模拟金云母在超快电子激发下随剂量出现的氢迁移、超离子相变、整体无序、带隙坍塌及金属化。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast dynamics of non-equilibrium electrons and strain generation under femtosecond laser irradiation of Nickel
利用超短脉冲激光束对过渡金属中的超快电子动力学进行了理论研究。产生的非热电子的动力学的贡献的显着影响，电子热化和电子-声子相互作用的脉冲持续时间的值的范围内（即从10 fs到2.3 ps）进行了彻底的调查。该理论模型首先阐述了在辐照过程中由于非平衡电子的存在和在费米能量周围的可变电子态密度的材料中的电子分布函数的修改而导致的光学参数的可能的瞬态变化。该模型相关的非热电子，弛豫过程和诱导的应力应变场的作用。由于镍（Ni）具有较大的电子-声子耦合常数，本文选择Ni作为实验材料，计算了其电子-声子弛豫时间，以期更全面地揭示非平衡电子的影响。我们证明了上述因素的考虑导致显着的变化相比，传统的两个温度模型（TTM）提供的结果。所提出的模型预测一个大大（~33%）较小的损伤阈值和应力的大幅增加（~ 20%，在早期），这首先强调了非热电子相互作用的作用，其次提高了其重要性，相对于精确确定激光规格的材料微加工技术。
2016-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Micro- and Nanoscale Heat Transfer in Femtosecond Laser Processing of Metals
超快激光材料加工已经受到了极大的关注，由于在微米和纳米尺度的微型化设备的制造的需求不断增长。传统的唯象定律，如傅立叶热传导定律，在微尺度下受到挑战，应该采用双曲线或双相位滞后模型。在超快激光与金属相互作用过程中，电子和晶格处于不平衡状态。提出了各种可用于描述非平衡传热的双温模型。本文还提出了一个半经典的两步加热模型来研究超短激光加热引起的金属热输运。半经典和唯象双温模型之间的主要区别在于前者包括电子漂移的影响，这可能导致与后者在更高强度和更短脉冲激光加热下显着不同的电子和晶格温度响应。在较高的激光能量密度和/或短脉冲下，晶格温度可以超过熔点并且发生熔化。当晶格通过传导热量而冷却时，液相将重新凝固。研究了金薄膜和金微粒的超快熔化和再凝固。在更短的脉冲宽度下，飞秒激光对金属的加热产生了亚皮秒域中的热电子的爆炸力，该爆炸力与非平衡热流一起施加在金属晶格上。我们的工作，采用抛物两步加热模型来研究热电子爆炸的多层金属薄膜的效果也被提出。
2015-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Femtosecond Laser Processing of Germanium: An Ab Initio Molecular Dynamics Study
采用从头算分子动力学方法研究了飞秒激光加工锗的过程。采用基于有限温度密度泛函理论的方法研究了原子的结构变化、热运动、速度自相关的动力学性质以及振动态密度。从室温（300 K）下含有64个锗原子的立方系统出发，在每个维度上有序排列1.132 nm，通过将Nose Hoover恒温器施加到电子子系统持续~100 fs并继续进行~200 fs的微正则系综模拟来模拟飞秒激光加工。模拟结果显示了在调节飞秒激光照射强度下锗的固、液、气相。通过对辐照锗晶体的熔化特性和动力学特性的分析，发现辐照锗晶体不同于普通锗晶体。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unified theoretical description of thermal and nonthermal laser-induced ultrafast structural changes in solids
本文提出统一描述飞秒激光激发固体时非热键合改变与电子-离子热化碰撞的理论，推广TTM-MD方程，并在硅薄膜模拟中准确再现Bragg峰演化。
2024-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Correction of Density-Functional-Theory based polynomial interatomic potentials to reproduce experimental melting properties
最近，我们开发了一种从从头计算构建多项式原子间势的方法，以准确描述激光激发固体[PRL 124，085501（2020）]。然而，从头算方法，因此，从他们衍生的分析潜力，通常不提供一个准确的预测的熔化温度。为了再现实验熔化性质，但保持在激光激发的情况下的准确性，我们在这里提出了一种方法来修改的多项式原子间相互作用势的从头计算数据的几个关键系数。结果表明，在这种修正的帮助下，硅原子间势的电子温度依赖性可以从头算精确地描述非热激光诱导效应，并提供正确的实验熔化温度和斜率$dT/dp$ .
2021-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Exchange-striction driven ultrafast nonthermal lattice dynamics in NiO
我们利用飞秒电子衍射研究高关联反铁磁（AF）半导体NiO的超快晶格动力学。使用布拉格衍射的散射矢量（Q）依赖性，我们引入了Q分辨的有效晶格温度，并确定了一个非热晶格态与O的优先位移相比，Ni离子，这发生在~0.3 ps，持续25 ps。我们将此与AF交换收缩引起的晶格畸变的瞬态变化相关联，由弗里德尔对的瞬态Q不对称性的观察所支持。我们的观察突出了自旋-晶格耦合在超快控制自旋顺序的路线中的作用。
2020-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast X-ray interaction with photovoltaic materials: Thermal and nonthermal responses
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Higher Institute of Technologies and Applied Sciences, University of Havana（哈瓦那大学高等技术与应用科学学院）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
本研究采用XTANT-3模型探究CdTe、PbS、ITO三种光伏材料的超快X射线辐照响应，揭示其热/非热熔化、带隙演化等规律，为飞秒激光精准带隙工程提供支撑。
2025-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Machine learning model for efficient nonthermal tuning of the charge density wave in monolayer NbSe$_2$
Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学物理、信息和数学科学系）；CNR NANO S3（意大利国家研究委员会纳米S3研究所）；Inorganic Chemistry Laboratory, Department of Chemistry, University of Oxford（牛津大学化学系无机化学实验室）；Centre for Advanced Laser Techniques, Institute of Physics, Zagreb（萨格勒布物理研究所先进激光技术研究中心）
本研究提出了一种机器学习模型，用于高效非热调控单层NbSe₂中的电荷密度波相图，通过调节电子和离子温度，实现低成本的相变温度估计和非热熔化过程分析。
2025-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Multistep transition of diamond to warm dense matter state revealed by femtosecond X-ray diffraction
本文从理论上研究了自由电子激光脉冲能量为6100 eV，脉宽为5 fs，辐照剂量为$\sim 19-25$ eV/原子吸收剂量的金刚石块体到致密态的升温过程。我们的混合代码XTANT的模拟显示在100 fs以下的时间尺度上的无序，衍射峰（220）比峰（111）消失得更快。热致密物质的形成是金刚石的非热损伤，带隙坍塌引发原子无序。在（220）峰消失和（111）峰消失之间的几飞秒内，发现了短寿命类石墨态。得到的结果进行了比较，从最近的实验在SACLA的数据，显示定性协议。仍然存在的挑战，为准确建模的固体温暖的致密物质状态的过渡和补充测量的建议进行了详细讨论。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast laser induced surface modification in absence of non-thermal melting and evaporation
本论文阐明的物理机制，占的主要/主要阶段的结构化过程中发生的多个相同的飞秒激光脉冲照射的导电固体，基于考虑的混合理论模型。热传递与流体动力学模拟表明，它是可能的，以创建形态变化的条件下，仅利用毛细管效应，在没有任何非热熔化或蒸发。模拟结果，实验证实，揭示了中间表面改性阶段作为一个前身的微锥形成。
2015-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-thermal fluence threshold for femtosecond pulsed x-ray radiation damage in perovskite complex oxide epitaxial heterostructures
当脉冲能量密度超过阈值时，来自自由电子激光的强硬X射线脉冲在钙钛矿氧化物外延异质结构中引起不可逆的结构损伤。使用一系列脉冲测量的来自SrTiO $_{3}$衬底上的25-nm厚外延BiFeO $_{3}$层的X射线衍射强度在9.7 keV光子能量下以2.7 × 10 - 6 $^{6}$光子$μ$ m $^{-2}$的每脉冲通量突然降低，但是对于1.3 × 10 - 15 $^{6}$光子$μ$ m $^{-2}$或更小保持恒定。该损伤导致焦斑区域内的BiFeO $_{3}$薄膜的破坏以及通过每个脉冲去除几十纳米的材料形成穿透到STO衬底中的深腔。损伤阈值发生在不足以将吸收体积加热到熔点的注量处。烧蚀样品的形态与断裂而不是熔化一致。总之，这些结果表明，通过与吸收体积的超快电离一致的非热过程发生的损伤。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Light-Induced Nonthermal Phase Transition to the Topological Crystalline Insulator State in SnSe
本研究通过约束密度泛函微扰理论及量子非谐性，证明超快激光可诱导SnSe发生一级非热相变，永久转变为拓扑晶体绝缘体岩盐相，并准确预测临界通量与衰变通道。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Ripple formation on Nickel irradiated with radially polarized femtosecond beams
本研究结合实验与流体动力学-热弹性模型，揭示径向偏振飞秒激光在亚烧蚀条件下诱导镍表面形成更小周期波纹的机制。
2017-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Melting of unidirectional charge density waves across twin domain boundaries in GdTe$_{3}$
该研究针对飞秒级瞬态量子态难以原子精度探测的问题，采用STM结合空间锁相技术，观测GdTe₃中跨孪晶畴界的单向CDW静态熔化过程，发现CDW各向异性与能隙的关联，为拓扑缺陷和瞬态量子态研究提供新视角。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Femtosecond phase-transition in hard x-ray excited bismuth
用短脉冲激光器研究了铋晶体A $_{1g}$声子激发时的结构演化。在这里，我们提出了硬X射线诱导超快相变的铋单晶，在高强度（~ $10^{14}$ W/cm $^2$）的第一次观察。随后使用最近展示的X射线单发探测装置的晶格演变。（111）布拉格峰强度随时间的变化与激发注量有很强的依赖性。在暴露于足够强的X射线脉冲之后，峰值强度在300 fs内下降到零，即比室温下A1 g模式的一个振荡周期更快。我们的分析表明，晶格无序过程的非热起源，并排除基于电子-离子平衡过程的解释，或导致等离子体形成的热力学加热过程。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Is the ultra-fast transformation of bismuth non-thermal?
飞秒激光激发铋的瞬态已被不同的小组研究了时间分辨光学，X射线和电子探针在沉积的能量密度从下面通过几倍的熔化平衡焓。然而，对实验结果的解释是有争议的：光学探针揭示了没有过渡到熔化阶段，而X射线和电子衍射实验的作者声称观察到超快非热熔化。所提出的分析，铋的光学性质的温度依赖性的基础上，毫不含糊地显示了一个纯粹的热性质的所有观察到的飞秒激光诱导铋的转变。
2009-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anisotropic Nonequilibrium Lattice Dynamics of Black Phosphorus
黑磷由于其高度的各向异性特性，最近引起了人们的极大关注。各种超快光学光谱已被应用于探测光激发的载流子响应，但互补晶格响应仍然没有解决。在这里，我们采用飞秒电子衍射来探讨结构各向异性如何影响光激发后的晶格动力学。我们观察到两个时间尺度的晶格响应，我们归因于电子-声子和声子-声子热化。扶手椅和锯齿形方向之间的显着差异进行观察，表明非热状态的晶格持续到~60 ps。这种非热状态的特征在于与平衡态相比，原子振动的各向异性被修改。我们的研究结果提供了见解，在电子-声子以及声子-声子耦合，并承担任何黑磷在非平衡条件下的应用直接相关。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Structural pathways for ultrafast melting of optically excited thin polycrystalline Palladium films
本文结合X射线自由电子激光超快探测与分子动力学模拟，揭示飞秒激光激发薄多晶Pd薄膜从晶态到液态的结构路径，证明弱电子-声子耦合体系的非平衡熔化模型在超快加热下仍适用，并阐明晶体缺陷的关键作用。
2023-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast melting of charge-density wave fluctuations at room temperature in ${1T-TiSe_2}$ monitored under non-equilibrium conditions
该研究利用飞秒泵浦探测技术在室温下观测1T-TiSe₂的CDW振幅模，结合双泵浦实验证实其源于序参量涨落，且能在亚皮秒尺度被抑制，揭示了非平衡下CDW涨落的超快动力学行为。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Convection roll-driven generation of supra-wavelength periodic surface structures on dielectrics upon irradiation with femtosecond pulsed lasers
阐明了流体普朗特数的大小在诱导对流滚动传播方向上的意义。具体来说，我们报告的物理机制，以占以前未开发的超波长周期性表面结构的形成和取向的玻璃，熔化和随后的毛细效应诱导后，照射超短激光脉冲。与直觉相反，发现这样的结构表现出周期性，其显著地甚至是比激光激发波长高出数倍。事实证明，热液波放松的程度取决于激光束能量，产生的电子密度与飞秒脉冲激光激发后，引起的初始局部滚动扰动的大小和普朗特数的大小与诱导结构的方向和大小的直接后果。据设想，这种阐明可能是有用的解释类似的，虽然大规模的周期性或准周期性的结构形成在其他自然系统中，由于热梯度，而它也可以是非常重要的仿生学的潜在应用。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Femtosecond optical breakdown in silicon
研究了脉宽为$τ\le $ 100 fs的近红外强激光脉冲辐照单晶硅的光化、能量沉积、等离子体形成和超快光学击穿。高强度击穿的发生是由体内部吸收的激光能量的突然增加建立的，其对应于阈值能量通量$Φ_{th} > $ 1 J/cm $^2$。光学击穿伴随着透射脉冲的严重光谱展宽。对于所研究的辐照条件，我们发现阈值通量随脉冲宽度的增加而线性增加，而相应的激光强度阈值则降低。研究了高等离子体密度对金刚石晶格稳定性的影响。在阈值能量密度附近，当约5%的价电子被提升到导带时，Si Si键软化，费米简并压力增大（压力可达100 kbar）。金刚石晶格的机械不稳定性表明，大量的电子-空穴对直接导致晶体结构的超快熔化。
2021-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Nonthermal Lattice Destabilization and Suppression of Polar Optical Scattering in Electronically Excited $α$-SiO$_2$ from First-Principles and Deep Neural Network Potential Modeling
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
该研究采用第一性原理与深度神经网络势能结合的多尺度方法，揭示电子激发α-SiO₂随温度升高发生晶格失稳、极性光学散射抑制及原子流体相形成的超快动力学行为。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Implementation of kinetics of phase transitions into hydrocode for simulation of laser ablation
我们模拟了飞秒激光脉冲（800 nm，100 fs，1-100 TW/cm $^2$）与金属靶（Al，Au，Cu，Ni）的相互作用。激光诱导相变，熔化波传播和材料分解进行了详细的分析，使用一个完全的双温状态方程的稳定和亚稳相。材料蒸发从表面的目标和快速熔化波传播到散装观察。在稀薄时，液相变为亚稳态，并使用均匀成核理论估计其寿命。由于空隙生长和汇合，在高应变速率下靶材料的机械破碎也是可能的。在我们的模拟中，观察到几种烧蚀机制，但材料的主要输出被发现来自亚稳态的液体状态。它可以在临界点附近分解成液-气混合物，也可以在高应变率和负压下分解成液滴。仿真结果与实验结果相吻合。
2014-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio theory of electron-phonon mediated ultrafast spin relaxation of laser-excited hot electrons in transition-metal ferromagnets
本文报道了bcc结构Fe、fcc结构Co和fcc结构Ni过渡金属铁磁体中电子-声子相互作用引起的电子自旋翻转散射的计算理论研究。Elliott-Yafet电子-声子自旋翻转散射的第一性原理计算，采用广义自旋翻转Eliashberg函数以及从头计算声子色散。为了研究飞秒激光激励铁磁体中电子-声子介导的退磁量，将该方法推广到激光产生的热化和非平衡非热热电子分布。使用开发的形式主义，我们计算声子诱导的自旋寿命的热电子在Fe，Co和Ni。电子-声子介导的退磁率进行评估激光产生的热化和非平衡电子分布。非热分布被发现导致一个更强的退磁率比热，热化分布，但他们的退磁效果是不足以解释实验观察到的退磁发生在亚皮秒制度。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of high-aspect-ratio nanocavity in LiF crystal using a femtosecond of x-ray FEL pulse
研究证明单个 9-keV 飞秒 X 射线 FEL 脉冲可在 LiF 中形成微米直径、约 1 mm 长的高深径比空腔，并结合模拟揭示 TPa 级冲击致空腔机制。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Optical and microstructural studies of femtosecond laser treated amorphous germanium thin coatings
本研究通过飞秒激光辐照非晶锗薄膜，利用扩展双温模型和X射线衍射等手段，揭示了热积累效应占32%，高通量下产生结晶且无氧化，表面熔融成颗粒状，吸光度增加并计算了光学带隙。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-Shot Multi-Stage Damage and Ablation of Silicon by Femtosecond Mid-infrared Laser Pulses
尽管超快激光材料加工在过去二十年中以惊人的速度发展，但大多数应用都是利用近红外或可见光波长的激光脉冲开发的。中红外（MIR）飞秒激光源的最新进展可能会为材料加工创造新的能力。这是因为，在这种处理所需的高强度下，波长调谐到更长的波长打开了通向激光-固体相互作用的特殊机制的路径。在这些条件下，由于$λ^2$标度，激光驱动的电子的有质动力能量可以显著超过光子能量、带隙和电子亲合势，并且可以主导地驱动吸收，导致超快激光-固体相互作用的传统概念的范式转变。高强度超快MIR激光与固体的不可逆相互作用是这方面的主要兴趣，但迄今为止还没有系统的研究。为了解决这个根本的差距，我们进行了详细的实验研究的高强度超快修改硅单飞秒MIR脉冲（$λ$ = 2.7 - 4.2 $μ$ m）。超快熔化，与硅氧化物表面层的相互作用，和烧蚀的氧化物和晶体表面的非原位特征在于扫描电子，原子力，和透射电子显微镜结合聚焦离子束研磨，电子衍射，和$μ$ -拉曼光谱。激光诱导损伤和烧蚀（LIDA）阈值作为激光波长的函数进行测量。传统的理论模型不能再现损伤阈值的波长标度。为了解决分歧，我们讨论了可能的新途径的能量沉积驱动的有质动力能量和场效应特性的MIR波长制度。
2019-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Orthogonal lattice distortions inside crystalline Si upon sub-threshold femtosecond laser-induced excitation
本文提出基于超快X射线动力学衍射的深度分辨探测技术，观测到亚熔化阈值飞秒激光激发Si单晶时产生的纵向与横向晶格畸变，并发现横向应变传播慢于纵向声速。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear electron-phonon coupling drives light-induced symmetry switching in charge-density waves
Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学理论与天体物理研究所）
研究通过第一性原理理论揭示了非线性电子-声子相互作用如何驱动电荷密度波中的对称性切换，结合第一性原理计算与实验验证，展示了光诱导熔化过程中的关键机制。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Damage mechanisms in polyalkenes irradiated with ultra-short XUV/x-ray laser pulses
本文针对聚烯烃对高强度超快XUV/X射线辐照的微观响应未知问题，通过XTANT-3工具包模拟损伤动力学及阈值，发现非热效应是主机制，三种聚烯烃的损伤阈值均接近0.05 eV/原子。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Stainless steel in an electronically excited state
本研究通过混合框架模拟不锈钢在超快辐照下的非平衡行为，识别出非热熔化与热熔化两种机制，为激光加工和抗辐射材料设计提供预测模型。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast quasiparticle relaxation dynamics in normal metals and heavy fermion materials
我们提出了一个详细的理论研究的超快准粒子弛豫动力学观察正常金属和重费米子材料的飞秒时间分辨光泵浦探测光谱。对于正常金属，非热电子分布在低温下产生与温度（T）无关的电子-声子弛豫时间，这与双温模型预测的T^{-3}发散行为相反。对于重费米子化合物，我们发现在费米能附近的态密度峰内的重电子的电子-声子散射的阻挡是解释电子-声子弛豫时间在近藤温度以下快速增加的关键。我们提出的假设，较低的费米速度相比，声速提供了一个自然的阻塞机制，由于能量和动量守恒定律。
2004-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and atomic kinetics in solids irradiated with free-electron lasers or swift-heavy ions
本文讨论了飞秒X射线自由电子激光脉冲和快重离子辐照下固体中的瞬态过程。这两种辐射都能在极短的时间尺度内在靶中产生高度激发的电子。多余的电子能量转移到晶格中可能导致可观察到的目标修改，例如相变和损伤形成。比较讨论了自由电子激光和SHI辐照下材料激发和弛豫的瞬态动力学。在这两种情况下的电子和原子的弛豫相同的起源被证明。这些动力学的差异所引入的几何效应（μ m大小的激光光斑与nm大小的离子轨道）和初始照射（光吸收与离子碰撞）进行了分析。讨论了电子输运和电子-晶格耦合的基本机制。适当的模型和它们的局限性。本文讨论了在自由电子激光和SHI辐照下材料发生热熔化和非热熔化的可能性。
2017-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Modeling warm dense matter formation within tight binding approximation
本文讨论了在飞秒X射线自由电子激光脉冲作用下，热致密物质（WDM）态在固体中形成的模拟过程中所面临的挑战。它是基于我们以前报道的代码XTANT（X射线诱导的热和非热转换; N。梅德韦杰夫等al，4 open 1，3，2018），它结合了原子的紧束缚（TB）分子动力学与高能电子和核空穴的蒙特卡罗建模，以及非绝热电子-离子耦合的玻尔兹曼碰撞积分。当前版本的代码XTANT-3包括LCAO基集sp3、sp 3s * 和sp3 d5，并且可以与正交和非正交哈密尔顿算子一起操作。它包括Goodwin等人的TB参数化，Vogl's et al. TB，NRL，and DFTB.考虑到代码的其他模块适用于任何化学元素，这使得XTANT-3能够处理各种各样的材料。为了将其扩展到WDM制度，必须克服的几个限制在这里讨论：短程排斥势必须足够强;基组必须跨越足够大的能量空间内的导带;依赖于电子和原子的温度和结构的电子散射截面需要考虑。本程序中概述了解决这些问题的方向。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Time-dependent density functional theory of high-intensity, short-pulse laser irradiation on insulators
我们计算了超短激光脉冲在SiO_2（α-石英）中的能量沉积，以期建立预测损伤和纳米颗粒产生的系统学。的理论框架是时间相关的密度泛函理论，在多尺度表示的实时方法实现。对于最现实的模拟，我们采用了一个元GGA科恩-沙姆潜力类似的贝克和约翰逊。我们发现，在介质中的沉积能量可以准确地建模为局部电磁脉冲注量的函数。对于从低于熔化阈值到远远超过烧蚀阈值的强度范围，能量沉积函数反过来可以很好地拟合强场凯尔迪什公式。我们发现合理的协议之间的损伤阈值和所需的能量熔化基板。通过将衬底转换为原子流体的能量估计的烧蚀阈值高于测量值，表明该过程的非热性质的意义。发现消融深度的公平协议。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast formation of topological defects in a 2D charge density wave
本研究利用强激光脉冲在二维电荷密度波中产生拓扑缺陷，通过超快电子衍射发现1皮秒内一维畴壁的双阶段生长由非热纵向光学声子介导，为超快缺陷工程提供了新框架。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Swift heavy ion irradiation of SrTiO$_3$ under grazing incidence
用快重离子辐照SrTiO $_3$单晶，导致表面改性。这些修改的形态的细节强烈地依赖于入射角，可以通过原子力显微镜进行表征。在掠射角下，表面出现不连续的纳米级小丘链。潜径迹半径可以由链的长度随入射角的变化来确定。该半径是材料特异性的，并且允许计算SrTiO $_3$的电子-声子耦合常数。我们表明，如果考虑到空间电子密度的理论描述的纳米点的创建是可能的在一个双温度模型。不连续特征的出现可以很容易地在这个模型中解释，但事实证明，电子激发在飞秒时间尺度上消散，因此太快，无法向声子系统提供足够的能量，以诱导热熔融过程。我们证明，这可以解决，如果温度依赖的扩散系数引入到模型中。
2008-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the magnetic and polaronic order of $\rm{Pr_{1/2}Ca_{1/2}MnO_3}$ following an ultrashort light pulse
对极化晶体$\rm{Pr_{1/2}Ca_{1/2}MnO_3}$中的电子、自旋和声子在飞秒光脉冲作用下的动力学行为进行了数值模拟。用于模拟的模型已经从第一性原理计算导出。模拟再现实验观察到的熔化的电荷/轨道的顺序，增加注量。在高通量制度的电荷秩序的损失诱导过渡到铁磁金属。在低能量密度下，动力学是确定性的，相干声子是由电子轨道的重新布居产生的，电子轨道与声子自由度强烈耦合。与低注量制度相比，在较高注量下发生的磁跃迁可以归因于具有热电子和冷声子和自旋的冷等离子体状状态的准热跃迁。这些发现可以合理化，在一个更完整的图片的电子结构，超越了简单的离子图片的电荷顺序。
2020-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Development and validation of an electron temperature-dependent interaction potential for silicon and copper for the use in atomistic simulations of laser ablation
本文开发并验证了一种考虑电子激发的铜相互作用势，用于飞秒激光烧蚀的原子模拟，并对比了铜与硅在激发下的非热效应及性质变化。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Novel non-thermal Ablation Mechanics in the Laser Ablation of Silicon
Institut für Funktionelle Materie und Quantentechnologien, Universität Stuttgart（斯图加特大学功能材料与量子技术研究所）
本研究通过超快激光烧蚀硅，揭示了新型非热消融机制，并利用热尖峰模型和分子动力学模拟，结合激发依赖性的Tersoff势能函数，系统性地构建了硅的激发依赖性相图。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Cryogenically Enhanced Laser-Induced Amorphous Phase Transitions in Crystalline Silicon
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究探讨了在低温下使用飞秒激光照射单晶硅时非晶化过程的增强机制，通过实验和模拟揭示了低温对材料相变路径的影响，为先进硅微结构化技术提供了新的见解。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transient Ferromagnetism in Ultrafast Phase Transitions in Perovskites under XUV Irradiation: A Comparative Study of SrTiO3 and KTaO3
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
本研究用XTANT3多尺度代码对比STO与KTO在XUV辐照下的超快相变，发现STO因Ti 3d轨道会产生瞬态铁磁性，KTO因Ta 5d轨道保持顺磁性，还明确了极性势阱加深的应变放大效应，为钙钛矿光电器件的超快光学调控提供依据。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic correlations and fluctuating lattice distortions in vanadium dioxide
Collège de France, PSL Research University（法兰西学院，PSL研究大学）；Institute of Theoretical Physics, University of Hamburg（汉堡大学理论物理研究所）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik and Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论物理与天体物理研究所及维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ct.qmat）
本文提出动力学平均场理论的随机半经典扩展，将关联电子与涨落晶格畸变共同演化，应用于二氧化钒模型，发现两种畸变在不同温度熔化，揭示涨落晶格熵对结构恢复的关键作用。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
