Исследование разлета продуктов импульсной лазерной абляции двухкомпонентных материалов в вакууме

Проведено численно-экспериментальное исследование разлета продуктов наносекундной лазерной абляции двухкомпонентных материалов в вакууме. Выполнены эксперименты по абляции сплава золота с серебром наносекундными импульсами умеренной интенсивности. Проведен анализ нагрева и испарения мишени на основе тепловой модели, сопряженный с прямым статистическим моделированием методом Монте-Карло импульсного разлета газа.

Проведены расчеты разлета лазерного факела для широкого диапазона параметров: отношения масс компонентов смеси, количества испаренных монослоев и начальной концентрации смеси. Впервые получены универсальные зависимости отношений энергий и концентраций частиц, пролетающих через времяпролетный детектор, от количества испаренных монослоев и отношения масс компонент смеси. Полученные соотношения хорошо согласуются с известными численными и экспериментальными данными по разделению компонент смеси при импульсном испарении в вакуум. Полученные результаты позволяют определить условия на испаряющейся поверхности (температуру поверхности, количество испаряемых монослоев и исходный состав смеси) из экспериментально измеренных времяпролетных распределений нейтральных частиц.

Отношение средней кинетической энергии тяжелых частиц к энергии легких частиц в зависимости от числа монослоев Θ для различных отношений масс M.

Средняя кинетическая энергия атомов серебра и золота, пролетающих через времяпролетный детектор, в зависимости от времени задержки испарения золота. На вставке показана схема механизма торможения тяжелой компоненты (золота) при ее задержанном испарении.

Впервые показано существенное влияние времени задержки испарения менее летучего компонента на динамику разлета факела на примере сплава золота с серебром. Раскрыт механизм газодинамического торможения менее летучей компоненты смеси. На основании сравнения экспериментальных и расчетных данных определено время задержки испарения золота.

ИТ СО РАН. Руководитель работы – Морозов Алексей Анатольевич с.н.с., д.ф.-м. н. Исполнители – Булгаков Александр Владимирович гл.н.с., д.ф.-м.н.; Старинский Сергей Викторович с.н.с., к.ф.-м.н. Тел. +7 (383) 335-62-45.