飞秒激光作用下金纳米薄膜电子弛豫效应模拟比较

"飞秒激光与金纳米薄膜作用中电子弛豫效应的模拟研究" 这篇论文主要探讨了飞秒激光与金纳米薄膜相互作用时的电子弛豫效应，并通过模拟研究揭示了这一现象对温度和热应力分布的影响。飞秒激光是一种极短脉冲的激光，其脉宽在飞秒级别（1飞秒=10^-15秒），在材料加工、生物医学和科学研究等领域有着广泛应用。金纳米薄膜因其独特的光学和电学性质，常被用作传感器、光学器件等。 在传统的描述飞秒激光与金纳米薄膜相互作用的理论中，两步热输送过程通常由抛物线型双温模型来解释。这个模型将系统分为电子和晶格两个温度，电子在吸收激光能量后迅速升温，然后通过电子-晶格散射将能量转移给晶格。然而，当激光脉宽缩短到与电子弛豫时间相当或更小时，这个模型可能不再准确。 论文指出，有新的研究表明，在这种情况下，应当采用双曲线型双温模型，因为它更能准确反映电子弛豫过程。作者齐万军、干湧和林家坚采用了这两种模型结合分子动力学方法，对10fs和100fs两种不同脉宽的飞秒激光作用于金纳米薄膜的过程进行了模拟。结果表明，如果不考虑受激电子的弹道运动导致的能量输送，电子弛豫效应会显著影响薄膜的电子温度、晶格温度以及热应力分布。 然而，当考虑到电子的弹道运动（即电子在弛豫前的快速热迁移）时，电子弛豫效应对热应力的影响变得微不足道。这意味着在实际应用中，如果能明确金薄膜内的能量输送是通过电子的弹道运动完成的，那么对于脉宽小于100fs的超快激光，电子弛豫效应可以被忽略，抛物线型双温模型依然适用。 关键词涵盖了计算固体力学、飞秒激光、分子动力学、弹道运动、电子弛豫时间和金薄膜，这些是该研究的核心概念。论文的研究结果对于理解和优化飞秒激光在金纳米薄膜上的应用具有重要意义，特别是在精密加工和纳米尺度的热管理方面。同时，它也为未来更精确的物理模型提供了理论支持。