Article in EnglishFor citation: Ivanov D.S., Blumenstein A., Rethfeld B., Veiko V.P., Yakovlev E.B., Garcia M.E., Simon P., Ihlemann J. Nanoscale structures generation within the surface layer of metals with short UV laser pulses. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2017, vol. 17, no. 1, pp. 1-15. doi: 10.17586/2226-1494-2017 Abstract We have completed modeling of a laser pulse influence on a gold target. We have applied a hybrid atomistic-continuum model to analyze the physical mechanisms responsible for the process of nanostructuring. The model combines the advantages of Molecular Dynamics and Two Temperature Model. We have carried out a direct comparison of the modeling results and experimental data on nano-modification due to a single ps laser pulse at the energy densities significantly exceeding the melting threshold. The experimental data is obtained due to a laser pulse irradiation at the wavelength of 248 nm and duration of 1.6 ps. The mask projection (diffraction grating) creates the sinusoidal intensity distribution on a gold surface with periods of 270 nm, 350 nm, and 500 nm. The experimental data and modeling results have demonstrated a good match subject to complex interrelations between a fast material response to the laser excitation, generation of crystal defects, phase transitions and hydrodynamic motion of matter under condition of strong laser-induced non-equilibrium. The performed work confirms the proposed approach as a powerful tool for revealing the physical mechanisms underlying the process of nanostructuring of metal surfaces. Detailed understanding of the dynamics of these processes gives the possibility for designing the topology of functional surfaces on nano-and micro-scales. Keywords UV laser pulses, nanostructuring, simulations, molecular dynamics Acknowledgements The reported study was supported partially by the Ministry of Education and Science of Russia, research agreement No.14.578.21.0197 (RFMEFI57816X0197, by RFBR grant No. 14-29-07227 OFI-M, and the Government of the Russian Federation Grant No. 074-U01, and DFG grants IV 122/1-1, IV 122/1-2, and IH 17/18-1. Аннотация Выполнено моделирование воздействия лазерного импульса на золотую мишень. С этой целью применена гибридная модель, сочетающая молекулярную динамику и анализ на основе непрерывной (континуальной) двухтемпературной модели, способная проанализировать механизмы, ответственные за процесс наноструктурирования. Проведено прямое сравнение данных моделирования и экспериментальных результатов по наномодификации поверхности одним лазерным импульсом пикосекундной длительности при плотностях энергии, значительно превышающих порог плавления. Экспериментальные результаты получены при воздействии лазерного излучения с длиной волны 248 нм и длительностью импульса 1,6 пс. Проекция маски (дифракционной решетки) на поверхность золота создает распределение интенсивности синусоидальной формы с периодом 500 нм. Продемонстрировано хорошее совпадение экспериментальных данных с результата...
