Thermomechanical investigation of silicon wafer dynamics within the melting regime driven by picosecond laser pulses for surface structuring
Hellenic Mediterranean University（希腊地中海大学）；FZU—Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
本研究通过热力学机械模型揭示了picosecond激光脉冲驱动下硅片熔融过程中周期性表面结构形成的机制。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Microscale selective laser sintering of Cu nanoparticles with a short-wavelength nanosecond laser
Department of Mechanical Engineering, University of Arkansas（阿肯色大学机械工程系）
本研究利用短波长纳秒激光实现铜纳米颗粒的微尺度选择性烧结，展示了亚20微米级别的高精度制造能力。
2025-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Heat and Mass Transfer during Chemical Vapor Deposition on the Particle Surface Subjected to Nanosecond Laser Heating
本文提出了纳秒激光脉冲作用下球形颗粒表面化学气相沉积氮化钛（TiN）的热模型。本文对单个球形金属粉末颗粒表面在时间高斯热流作用下的传热传质进行了解析研究。还考虑了颗粒表面的化学反应和气相中的传质。研究了不同激光能量密度、脉冲宽度、粒子初始温度和粒子半径条件下的表面温度、热穿透深度和沉积膜厚度。研究了反应室总压对沉积速率的影响。本文提出的粒子级模型是LCVI多尺度模型发展的重要一步。
2016-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Identical response of insulators to irradiations by swift heavy ions: application to experiments on Gd2Ti2O7
研究了快重离子的径迹半径Re。实验径迹数据进行了分析，在Gd_2 Ti_2 O_7烧绿石在范围Se=6-54 keV/nm（Se -电子阻止本领），包括由低速和高速离子辐照。介绍了分析型热峰模型（ATSM）的主要特点。Gd_2Ti_2O_7的径迹数据表现出尺度特征，这意味着与仅由单个材料参数（MP）（熔化温度Tm）控制的其它绝缘体的径迹尺寸的简单定量关系。在Se的整个范围内描述了Re ~ 2-Se的径迹演化曲线，不需要使用任何单独的拟合参数和除Tm以外的MP，径迹形成阈值Set=6.1/14.4keV/nm（E<2 MeV/核子和E>8 MeV/核子）。Tm的独特作用是对径迹形成机制的非常重要的限制。的实际后果的结果进行了讨论方面的估计辐照参数
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Progressive amorphization of GeSbTe phase-change material under electron beam irradiation
硫族化合物相变材料（PCM），特别是Ge-Sb-Te化合物中的快速和可逆的相变不仅是基本的兴趣，而且使基于PCM的随机存取存储器（PRAM）成为非易失性存储器和神经形态计算设备的主要候选者。为了使存储器单元稳定，结晶Ge-Sb-Te必须经历相变，首先到液态，然后到非晶态，对应于电阻的突变。在这项工作中，我们展示了一个渐进的非晶化过程中的GeSb 2 Te 4薄膜在电子束照射下的透射电子显微镜（TEM）。熔化被证明是完全不存在的原位TEM实验。渐进的非晶化过程非常类似于伴随电阻连续变化的累积结晶过程。我们的工作表明，如果位移力可以适当地实现，它应该是可以模拟对称的神经元动力学使用PCM。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Ripple formation on silver after irradiation with radially polarized ultrashort-pulsed lasers
本文报道了在亚烧蚀条件下，圆柱偏振飞秒激光照射银（Ag）引起的不均匀吸收所引起的形貌效应。对表面等离子体激元激发在自生周期性波纹结构产生中的作用的理论预测进行了评估。此外，结合流体动力学和热弹性模型来考虑与温度相关的晶格运动的影响，在激光束的条件下，足以产生材料熔化。通过调制光束偏振来控制形态变化的大小的能力旨在提供用于控制和优化激光微加工的结果的系统方法。
2017-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
Inter-diffusion, melting and reaction interplay in Ni/4H-SiC under excimer laser annealing
我们研究了紫外激光照射下镍层和4 H-SiC衬底之间的复杂相互作用，因为原子的相互扩散的早期阶段。文献中仍然缺乏详尽的描述。基于透射电子显微镜，能量色散谱和衍射（电子和X-射线）技术的多方法的方法已经实施了交叉相关的激光照射后的接触的最终状态的描述。他们详细说明了化学计量和晶格结构的每一个阶段形成，以及镍/硅合金的轮廓沿接触的激光能量密度范围为2.4-3.8 J/cm 2。为了在工艺条件和后工艺表征之间架起一座桥梁，在适当的多化合物配方中，通过修改的相场方法模拟了与时间相关的超快现象（激光脉冲约160 ns），如混合驱动的熔化和Ni-硅化物反应。我们发现，提高激光能量密度具有多重效应：1）在与4 H-SiC的界面处形成的硅化物层的厚度扩大; 2）反应层中的硅含量增加; 3）在最高能量密度3.8 J/cm 2下促进Ni 2Si相; 4）发生硅原子扩散到最顶部残余镍层中，其中Ni/Si比朝向接触表面增加。
2020-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Melting behavior and dynamical properties of Cr2Ge2Te6 phase-change material
Henan Academy of Sciences（河南省科学院）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Sapienza University of Rome（罗马大学）
通过AIMD模拟研究Cr2Ge2Te6熔化过程及动力学特性，揭示八面体结构稳定性与非晶态电阻漂移关系，解释CrGT器件结晶速度机制。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Melting of gold by ultrashort laser pulses: Advanced two-temperature modeling and comparison with surface damage experiments
本研究通过实验与双温建模，系统探究了飞秒和皮秒近红外激光脉冲诱导金的熔化过程，确定了不同条件下的损伤阈值，并发现仅有一种建模参数组合能一致描述所有实验结果。
2022-05-01 cond-mat.mtrl-sci
SPORT: A new sub-nanosecond time-resolved instrument to study swift heavy ion-beam induced luminescence - Application to luminescence degradation of a fast plastic scintillator
我们研制了一种新的亚纳秒时间分辨仪器，用于研究高阻止本领重离子辐照下紫外-可见光发光的动力学。我们将我们的仪器SPORT应用于快速塑料闪烁体（BC-400）上，用27 MeV Ar离子辐照，其平均电子阻止本领为2.6 MeV/μm。由于随着离子注量的增加而增加的永久性辐射损伤的结果，我们的调查揭示了闪烁强度的退化，以及由于时间分辨的测量，闪烁体的衰减常数的降低。这种组合表明，动态和静态猝灭的发光降解过程，后者的机制是占主导地位的。在这样的高密度激发下，BC-400的闪烁劣化与以前的调查中观察到的相比显著增强，主要使用轻离子进行。观察到的非线性行为意味着发光开始恶化的剂量与粒子的阻止本领无关，从而说明在重离子环境中，在高激发密度下，塑料发光体的辐射硬度会被强烈削弱。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
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
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
Uncertainty Analysis of Melting and Resolidification of Gold Film Irradiated by Nano- to Femtosecond Lasers Using Stochastic Method
建立了一个基于样品的随机模型，研究了不同输入参数（包括激光能量密度、激光脉冲持续时间、电子热导率常数和电子-晶格耦合因子）对金薄膜在纳秒至飞秒激光辐照下固-液相变的影响.采用双温度模型结合界面跟踪法模拟了纳米至飞秒激光作用下自支撑金薄膜的快速熔化和再凝固过程。界面速度和温度通过求解控制体积的体积焓的能量方程得到。方差收敛（COV）用于表征输入参数的变异性，四分位距（IQR）用于计算输出参数的不确定度。IQR分析表明，激光能量密度和电子-晶格耦合因子对界面位置、速度和温度的影响最大。
2016-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Uncovering Phase Change Memory Energy Limits by Sub-Nanosecond Probing of Power Dissipation Dynamics
相变存储器（PCM）是神经形态硬件的主要候选者之一，最近已经成熟为存储类存储器。然而，能量和功率消耗仍然是该技术的关键挑战，因为PCM器件的一部分必须在复位期间自加热到其熔化温度。在这里，我们表明，这种复位能量可以减少近两个数量级的脉冲宽度最小化。我们利用高速测量装置来探测具有不同脉冲宽度（0.3至40纳秒）的PCM单元中的能量消耗，并揭示功率耗散动态。一个关键的发现是，对于比PCM的短热时间常数更宽的脉冲（在50 nm直径的器件中，$τ$ $_t$ $_h$ < 1 ns），开关功率（P）保持不变，导致能量（E=P $τ$）随着脉冲宽度$τ$在该范围内减小而减小。换句话说，通过限制热扩散时间来实现短脉冲期间的热约束。我们改进的编程方案将复位能量密度降低到0.1 nJ/ $μ$ m $^2$以下，比最先进的PCM低一个数量级，可能会改变未来数据存储技术的路线图，并为节能的神经形态硬件铺平道路
2021-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Resistance of refractory high-entropy alloys to ultrafast laser irradiation
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
研究通过建模揭示了难熔高熵合金在超快激光辐照下的抗性机制，发现其电子热容和耦合参数在高温下表现优异，且在高沉积剂量下未出现非热熔化，表明重元素高熵合金具有更强的辐射抗性。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Mechanism of the single-pulse ablative generation of laser induced periodic surface structures
超短偏振激光脉冲的显著特性之一是产生激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。这种现象的起因主要归因于入射激光波和表面电磁波的干涉，其产生周期性吸收图案。虽然，通常，LIPSS是通过重复照射相同的区域，由多个激光脉冲在表面熔化和再固化的制度，最近的报告表明，形成LIPSS在单脉冲照射制度在激光能量密度远高于烧蚀阈值。在本文中，我们报告了一个大规模的分子动力学模拟的结果，旨在提供洞察单脉冲烧蚀LIPSS形成的机制。对Cr靶进行的模拟揭示了在空间调制烧蚀过程中材料去除和再分布的相互作用，导致在激光能量沉积的最小值的位置处在靶表面上方延伸至约600 nm的细长液体壁的瞬态形成。液体壁的上部分解成液滴，而壁的基部在约2ns的时间尺度上固化，产生约100nm长的冻结表面特征，其延伸到靶的初始表面的水平以上。由于熔化和再凝固过程的快速和高度非平衡性质而产生的高密度位错和空位的存在，改变了靶的表面区域的性质。对LIPSS形成机制的深入了解有助于设计提高加工速度和改善激光图案化周期性表面结构质量的方法。
2017-12-11 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
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
Unveiling microstructural damage for leakage current degradation in SiC Schottky diode after heavy ions irradiation under 200 V
该研究利用高分辨率TEM表征重离子辐照下SiC肖特基二极管的微观损伤，发现界面熔融导致非晶化和原子混合，从而引起漏电流永久增加，揭示了SELC机制。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermodynamic properties of CrMnFeCoNi high entropy alloy at elevated electronic temperatures
本研究通过紧束缚分子动力学与玻尔兹曼方程结合的方法，计算了Cantor合金在高温电子温度下的热力学参数，发现电子激发导致非热熔化，对超快激光烧蚀建模至关重要。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Direct-write laser-induced self-organization and metallization beyond the focal volume in tellurite glass
我们报告的自组织过程中，在重复飞秒激光照射下的制度，累积效应导致局部熔化的钾钨碲酸盐玻璃表面上发起的。具体来说，我们表明，自组织的周期性图案组成的平行纳米平面垂直于激光偏振形成和延伸超出直接激光照射下的区域。检查的改性区域显示从玻璃态碲氧化物的结晶元素碲的相变。此外，我们观察到，这种自组织过程，与元素的重新分配和脱氧，是由光场强度触发。我们认为，早期的自组织纳米结构形成的局部场增强，随后加强了金属化事件在露天大气中。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
In-situ observation of the formation of laser-induced periodic surface structures with extreme spatial and temporal resolution
本文利用FLASH自由电子激光器进行散射实验，以亚皮秒时间分辨率和纳米级空间分辨率原位观察激光诱导周期表面结构的形成过程。
2022-06-09 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
Machine Learning-Driven Analytical Models for Threshold Displacement Energy Prediction in Materials
本文利用机器学习SISSO方法构建解析模型，基于内聚能和熔化温度等基本性质高效预测材料阈值位移能，在单原子材料上优于传统方法。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tracking visible pulsed laser annealing of Hf$_{0.5}$Zr$_{0.5}$O$_2$ heterostructures with in situ transmission electron microscopy
Institut national de la recherche scientifique (INRS)（法国国家科学研究学院）；McGill University（麦吉尔大学）
研究通过原位透射电镜监测可见光纳秒脉冲激光退火对Hf₀.₅Zr₀.₅O₂异质结构的结晶过程，发现激光能量阈值行为及最佳退火条件。
2026-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
