Tuning of the ultrafast demagnetization by ultrashort spin polarized currents in multi-sublattice ferrimagnets
本研究针对亚铁磁合金中超快自旋极化电流特性不明的问题，采用实验与模拟结合的方法，揭示了自旋极化热电子驱动Fe74Gd26薄膜退磁的双机制，发现其自旋极化方向与Co磁化方向相反，为超快自旋电子学研究提供了定量依据。
2024-12-09 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
Breakdown of spallation in multi-pulse ultrafast laser ablation
Hochschule München University of Applied Sciences（慕尼黑应用科技大学）
研究多脉冲超快激光消融中剥离现象的持续性，发现单脉冲主导，第二脉冲贡献减少，第三脉冲后剥离层消失，第四脉冲呈现相爆特征。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Fundamentals of Scanning Surface Structuring by Ultrashort Laser Pulses: From Electron Diffusion to Final Morphology
超短脉冲表面结构化的工业应用将通过有效利用目前可用的平均激光功率而显著增加。然而，在高平均激光功率下用大量脉冲处理的表面的无法解释的退化使得这变得困难。基于系统的实验研究，这种表面降解的结构形成进行了研究。我们提出了一个分层结构形成模型，弥合激光诱导的周期性表面结构和表面退化之间的差距。与基于先前研究的预期相反，我们观察到高激光能量密度下钛上的结构形成较少。作为一个可能的原因，增强的电子扩散强度增加的两个温度模型的框架内进行了研究。我们的研究结果提供了一个更深入的了解与超短脉冲的表面结构的微观机制。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Novel ultrafast laser ablation by bibursts in the MHz and GHz pulse repetition rates
在这里，据我们所知，我们第一次报告了高超快激光烧蚀效率的深入实验研究，用于铜和钢的处理，单脉冲，MHz-，GHz-和突发（biburst）制度。针对光束尺寸优化制度，进行了突发、双突发和单脉冲烧蚀效率的比较，显示了铣削和钻孔加工方法的真正优点和缺点。实现了高效的超短脉冲激光加工约1 μ m的光波长：8.8 μ m3/uJ的铜钻孔，5.6 μ m3/uJ的铜铣削，和6.9 μ m3/uJ的钢铣削。我们相信，在这项研究中收集的大量的实验数据将有助于更好地了解激光爆发物质的相互作用和理论建模。
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Theory for the ultrafast ablation of graphite films
利用微观电子学理论分析了飞秒激光脉冲在石墨薄膜中损伤形成的物理机制。通过在含时势能面上进行分子动力学模拟，我们描述了电子和晶格的非平衡动力学。我们表明，石墨具有独特的性质，表现出两个不同的激光诱导结构不稳定性。对于高吸收能量（> 3.3 eV/atom），我们发现非平衡熔化，然后快速蒸发。对于高于损伤阈值（> 2.0eV/原子）的低强度，烧蚀通过去除完整的石墨片而发生。
2001-03-05 cond-mat.mtrl-sci
From ripples to spikes: a hydro-dynamical physical mechanism to interpret femtosecond laser induced self-assembled structures
在亚烧蚀条件下，用多个飞秒激光脉冲照射材料，观察到发展各种类型的自组装形态，从纳米波纹到周期性微槽和准周期性微尖峰。在这里，我们提出了一个物理方案，耦合电动力学，描述表面等离子体激元激发，与流体力学，描述马兰戈尼对流，阐明这一重要的子烧蚀制度的轻物质相互作用中的物质正在修改，但是，底层的过程尚未完全理解。所提出的物理机制可以普遍适用于几乎任何导电材料结构的超短激光脉冲，因此，它可以是有用的光物质相互作用的进一步关键方面的解释。
2015-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Transient spin injection efficiencies at ferromagnet/metal interfaces
飞秒量级超短光脉冲驱动的界面自旋注入为自旋电子学的应用提供了一种新的途径。有针对性地利用这种现象需要非平衡自旋注入的效率的知识。通过从头算含时密度泛函理论和界面灵敏的时间分辨非线性光学实验的定量比较，确定了铁磁/金属界面的自旋注入效率，并讨论了其微观根源，即自旋轨道耦合和界面电子结构的影响.此外，我们发现，SIE可以通过激光脉冲和材料参数，即能量密度，脉冲宽度和衬底材料进行优化。
2022-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular-dynamics thermal annealing model of laser ablation of silicon
提出了一个分子动力学热退火模型来研究皮秒脉冲激光烧蚀晶体硅的机理。根据热退火模型，将308 nm，10 ps高斯脉冲与Si（100）衬底相互作用的微观过程的详细描述嵌入到分子动力学方案中。这是通过明确占载流子声子散射和载流子扩散。低于消融的预测阈值注量$F_{th}=0.25 \text{J/cm}^{2}$，表面呼吸模式表明固体通过产生压力波恢复内部平衡。以上$F_{th}$，我们的模拟表明，物质的去除是由次表面过热效应触发的：材料的强烈加热导致激光沉积能量的热约束。结果，材料被过热到对应于硅的临界点的温度，并且在吸收体积内建立了强的压力梯度。同时，载流子扩散到体中导致在表面下形成陡峭的温度梯度。物质的去除随后由压力梯度的松弛驱动：大块-几个原子层厚-熔融材料以$\sim 1000 \text{m/s}$的初始轴向速度从表面排出，它们的排出是在表面下方的空隙成核之后。
2001-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Theory of out-of-equilibrium electron and phonon dynamics in metals after ultrafast laser excitation
在激光激发下电子和声子的非平衡动力学通常用双温模型来描述，该模型假设两个子系统分别处于热平衡。然而，最近的实验表明，这种描述不足以描述超短时间尺度上的非平衡动力学。在这里，我们扩展和应用一个无参数的微观平衡模型来描述超快激光诱导的原型金属系统，如金，铝，铁，镍和钴的系统动力学。我们报告强烈的偏差，从两个温度模型的皮秒时间尺度上的所有材料的研究，即使是那些假设单独的热平衡似乎限制较少，如在黄金。此外，我们证明了声子模式依赖的电子-声子耦合的弛豫过程的重要性，并揭示了该通道的意义，通过电子系统的声子之间的间接耦合在晶格平衡。
2019-11-27 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
Two types of all-optical magnetization switching mechanisms using femtosecond laser pulses
在没有外部磁场的情况下的磁化操纵是一个非常感兴趣的话题，因为许多新的物理现象需要被理解，并且可以想象有前途的新应用。前沿实验表明，利用超短偏振激光脉冲可以改变磁性薄膜的磁化强度。2007年，人们首次观察到GdFeCo合金薄膜的磁化翻转是螺旋度相关的，后来在相同的材料上也证明了螺旋度无关的翻转。最近，全光开关也已被发现的磁性材料（亚铁磁，铁磁薄膜和颗粒状纳米结构），其中的理论模型解释GdFeCo薄膜开关似乎并不适用，从而质疑全光开关的微观起源的独特性。在这里，我们表明，可以区分两种不同的全光开关机制，“单脉冲”开关和“累积”开关过程，其丰富的微观起源进行了讨论。我们证明，后者是一个两步机制;热驱动的退磁，然后由螺旋度相关的再磁化。这是通过全电和时间依赖的调查亚铁磁和铁磁霍尔交叉通过异常霍尔效应的全光开关，使探测不同的时间尺度上的全光开关。
2016-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast nano-imaging of the order parameter in a structural phase transition
了解材料和设备中的微观过程，可以通过光切换需要实验访问纳米长度和飞秒时间尺度上的动力学。在这里，我们介绍了超快暗场电子显微镜，定制的结构相变的序参量映射。我们跟踪的电荷密度波域的演变在1 T-TaS 2超短激光激发后，阐明弛豫途径和畴壁动力学。选择性对比度增强的独特优势将激发未来超快透射电子显微镜中的光束整形技术。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast modification of the electronic structure of a correlated insulator
库仑排斥和运动学效应之间的非平凡平衡决定了相关电子材料的电子结构。使用足够强的电磁场来对抗这些原生的微观相互作用，使我们能够研究电子响应以及使用量子效应的可能应用所涉及的时间尺度和能量。我们使用特定元素的瞬态X射线吸收光谱和高次谐波产生测量响应超短非共振光场的原型相关电子绝缘体NiO。令人惊讶的是，高达0.22 V/V的磁场导致相关Ni 3d轨道上没有可检测到的变化，这与以前的预测相反。一个瞬态的定向电荷转移被发现，第一原理理论捕获的行为。我们的研究结果突出了延迟效应在电子屏蔽中的重要性，并指出了超快器件操作功能化相关材料的关键挑战。
2021-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Light in Slices: How to Enable Precise Laser Processing?
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所IOF）；Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)（联邦材料研究与测试研究院(BAM)）；FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所(FZU)）
本文探讨了如何利用飞秒激光脉冲实现高精度材料加工，分析了其高峰值强度和短持续时间带来的优势，并探讨了材料加工中的限制因素及解决方案。
2026-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultrafast electron dynamics in altermagnetic materials
University of Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰多大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
研究了交替磁性材料中超快电子动力学，揭示了自旋极化在超快时间尺度上的长寿命特性，为理解交替磁性提供了新视角。
2024-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Wavelength-dependent reflectivity changes on gold at elevated electronic temperatures
本研究针对d带金属金，结合第一性原理计算与双温模型，揭示了超短激光烧蚀条件下宽光谱范围反射率随电子温度变化的核心机制，构建了非平衡反射率图谱。
2018-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Laser induced ultrafast Gd 4f spin dynamics in Co100-xGdx alloys by means of time-resolved XMCD
本文利用时间分辨XMCD研究了Co100-xGdx合金中激光诱导的Gd 4f超快退磁过程，发现退磁时间尺度与合金成分相关，Co含量越高退磁越快，结果与微观三温度模型定性一致。
2022-06-21 cond-mat.mtrl-sci
On-demand Plasmon Nanoparticle-Embedded Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSSs) on Silicon for Optical Nanosensing
超短激光脉冲允许将电磁能量传递到物质，引起其局部加热，其可用于通过烧蚀/蒸发去除材料和驱动界面化学反应。在这里，我们表明，这两个提到的过程可以同时结合在功能化溶液中的Si晶片的直接激光纳米纹理，以产生实际相关的金属-半导体表面纳米形态。这种独特的混合形态代表了具有低至70 nm的极短周期的深亚波长Si LIPSS，其高纵横比纳米颗粒负载有可控量的等离子体纳米颗粒，所述等离子体纳米颗粒由前体贵金属盐的$via$激光诱导分解形成。此外，利用热局部化驱动还原过程来产生局部装饰有不同的等离子体活性纳米颗粒的表面形貌。装载有可控量的贵金属纳米颗粒的光吸收深亚波长Si LIPSS代表了用于等离子体相关应用（例如光学纳米传感）的有吸引力的结构，其中传播光波与高度局部化的电磁"热点“的有效耦合是强制性要求。为了支持这一说法，我们证明了这种混合形态的适用性，基于荧光的检测纳摩尔浓度的汞阳离子在溶液中。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Optical Probing of Laser Processing
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)（联邦材料研究与测试研究所）
本研究通过超快光学探测技术，深入分析激光加工过程中的多种物理现象，揭示其动态特性及应用前景。
2025-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Hidden correlations in stochastic photoinduced dynamics of a solid-state electrolyte
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文利用同步辐射时间分辨X射线微衍射，发现固态电解质中相邻激光脉冲诱导的非平衡晶格轨迹存在约1500发的关联长度，对应0.38 eV路径切换能垒，为揭示涨落动力学中的隐藏关联和亚稳态提供了新方法。
2024-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an physics.optics
