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Dynamic Material Parameters in Molecular Dynamics and Hydrodynamic Simulations on Ultrashort-Pulse Laser Ablation of Aluminum

Scharring, Stefan und Patrizio, Marco und Eckel, Hans-Albert und Roth, Johannes und Povarnitsyn, Mikhail (2018) Dynamic Material Parameters in Molecular Dynamics and Hydrodynamic Simulations on Ultrashort-Pulse Laser Ablation of Aluminum. In: High Performance Computing in Science and Engineering ' 17 Transactions of the High Performance Computing Center, Stuttgart (HLRS). Springer. Seiten 169-186. doi: 10.1007/978-3-319-68394-2_10. ISBN 978-3-319-68393-5.

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1MB

Offizielle URL: http://www.springer.com/de/book/9783319683935

Kurzfassung

Molecular Dynamics reveals a detailed insight into the material processes. Among various available codes, IMD features an implementation of the two-temperature model for laser-matter interaction. Reliable simulations, however, are restricted to the femtosecond regime, since a constant absorptivity is assumed. For picosecond pulses, changes of the dielectric permittivity epsilon and the electron thermal conductivity kappa due to temperature, density and mean charge have to be considered. Therefore, IMD algorithms were modified for the dynamic recalculation of epsilon and kappa for every timestep following the corresponding implementation in the hydrodynamic code Polly-2T. The usage of dynamic permittivity yields an enhanced absorptivity during the pulse leading to greater material heating. In contrast, increasing conductivity induces material cooling which in turn decreases absorptivity and heating resulting in a higher ablation threshold. This underlines the importance of a dynamic model for epsilon and kappa with longer pulses which is commonly often neglected. Summarizing all simulations with respect to absorbed laser fluence, ablation depths in Polly-2T are two times higher than in IMD. This can be ascribed to the higher spallation strength in IMD stemming from the material-specific potential deviating from the equations of state used in Polly-2T.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117444/
Dokumentart:Beitrag im Sammelband
Titel:Dynamic Material Parameters in Molecular Dynamics and Hydrodynamic Simulations on Ultrashort-Pulse Laser Ablation of Aluminum
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scharring, StefanStefan.Scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Patrizio, Marcom.patrizio (at) gsi.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eckel, Hans-AlbertHans-Albert.Eckel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4581-6375NICHT SPEZIFIZIERT
Roth, Johannesjohannes (at) itap.physik.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Povarnitsyn, Mikhailpovar (at) ihed.ras.ruNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Januar 2018
Erschienen in:High Performance Computing in Science and Engineering ' 17
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1007/978-3-319-68394-2_10
Seitenbereich:Seiten 169-186
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Nagel, Wolfgang E.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kröner, Dietmar H.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Resch, Michael M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer
Name der Reihe:Transactions of the High Performance Computing Center, Stuttgart (HLRS)
ISBN:978-3-319-68393-5
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Molecular Dynamics, Hydrodynamic Simulation, Laser Ablation, Ultrashort Laser Pulses, Two-Temperature Model, Heat Conductivity, Permittivity, Electron-Phonon-Coupling
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Laserforschung und Technologie (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Physik > Studien und Konzepte
Hinterlegt von: Scharring, Stefan
Hinterlegt am:08 Jan 2018 08:38
Letzte Änderung:10 Mär 2022 10:47

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