Gold Surface Nanostructuring with Ultrashort Laser Pulses - Study of Non-equilibrium Effects
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Physik | ger |
| dc.contributor.referee | Garcia, Martin E. (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Simon, Peter (Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2019-07-08T13:07:31Z | |
| dc.date.available | 2019-07-08T13:07:31Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.description.sponsorship | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) | ger |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-20190607552 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11271 | |
| dc.language.iso | eng | eng |
| dc.rights | Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung 3.0 Deutschland | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/ | * |
| dc.subject | Laser | eng |
| dc.subject | Laser Ablation | eng |
| dc.subject | Ultrashort Lasers | eng |
| dc.subject | Material Processing | eng |
| dc.subject | Hollow Fiber | eng |
| dc.subject | Non-Equlibrium Physics | eng |
| dc.subject.ddc | 530 | |
| dc.subject.swd | Laserimpuls | ger |
| dc.subject.swd | Ultrakurzzeitlaser | ger |
| dc.subject.swd | Metall | ger |
| dc.subject.swd | Energie | ger |
| dc.subject.swd | Laserablation | ger |
| dc.title | Gold Surface Nanostructuring with Ultrashort Laser Pulses - Study of Non-equilibrium Effects | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | Laser material interaction and structure formation in metals under controlled ultrashort laser pulse conditions are discussed in this work. A novel approach is presented describing the exact amount of energy deposited by a laser pulse in a gold surface, applicable under a variety of structuring conditions. The presented model is validated by a new introduced broad-band pump-probe reflectivity measurement method. A technique also applicable to investigate other phenomenas where 20 fs resolution combined with an octave spanning spectral range is required. Here the observed dynamic energy absorption is probed by this method and is a factor not yet included in simulations dealing with surface structure formation, however can significantly influence the results. The amount of energy introduced in a surface determines the evolution of the material in the following few ps and ns, in which melting, ablation and finally crystallization in its final observable structure occurs. The influence of these dramatic laser induced phenomena is investigated in the second part of this work on the formation of periodic nanostructures. The experimental results obtained in this work are compared to a large-scale molecular dynamics simulation, conducted by D.S. Ivanov. The novelty of this approach is the scale which the model calculations and the experiment covers, combining the microscopic description of the electrons around the core with the macroscopic effects which an overheated melt has on the structure formation on the μm scale. The DFT calculations of the elevated electrons around the core were conducted by E.S. Zijlstra. The interpretation of the obtained results presented in this work leads to a deeper understanding of the involved process during the interaction of highly energetic ultrashort pulses with metals. | eng |
| dcterms.abstract | Laser-Materialwechselwirkungen und die Strukturbildung in Metallen unter kontrollierten ultrakurzen Laserpuls-Bedingungen werden in dieser Arbeit diskutiert. Ein neuartiger Ansatz wird vorgestellt, der die präzise Energiemenge beschreibt, die durch einen Laserpuls in eine Goldoberfläche eingebracht wird und unter einer Vielzahl von Strukturierungsbedingungen angewendet werden kann. Das eingeführte Modell wird überprüft und dazu eine neue breitbandige Pump-Probe Reflektivitäts- Messmethode vorgestellt. Die gemessene und beschriebene dynamische Energieabsorption ist ein Faktor der bisher nicht in Simulationen von Oberflächenstrukturen implementiert ist. Dabei hat die Menge an Energie die in eine Oberfläche eingetragen wird einen deutlichen Einfluss auf die Entwicklung des Materials in den nächsten ps und ns, in denen Schmelzen, Ablation und schließlich Kristallisation in der schlussendlichen Struktur stattfinden. Der Einfluss dieser dramatischen laserinduzierten Phänomene wird im zweiten Teil dieser Arbeit an periodischen Nanostrukturbildungsprozessen untersucht. Eine großskalige Molekulardynamik Simulation ermöglicht die Modellierung dieses Prozesses. Diese Simulationen wurden von D.S. Ivanov durchgeführt und erlauben einen direkten Vergleich zu experimentellen Ergebnissen, die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen wurden. Das neuartige an diesem Ansatz sind die Skalen, die Modellsimulation und Experiment abdecken. Diese kombinieren die mikroskopischen Beschreibung der Elektronen um den Atomkern mit den makroskopischen Effekten, die eine überhitzte Schmelze auf die Strukturbildung auf der μm Skala hat. Die mikroskopischen DFT Rechnungen der angeregten Elektronen um den Kern wurden von E.S. Zijlstra durchgeführt. Die Interpretation der gewonnen Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit führt zu einem tieferen Verständnis der beteiligten Prozesse und derWechselwirkung von hochenergetischen ultrakurzen Pulsen mit Metallen. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Blumenstein, Andreas Harald | |
| dcterms.dateAccepted | 2019-03-27 | |
| dcterms.extent | xi, 160 Seiten |