Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Решена проблема, связанная с формированием наноструктур при облучении тонких пленок ультракоротким лазерным импульсом (УКЛИ) с предельно малым пятном освещения (порядка длины волны света, дифракционный предел). Впервые выяснены механизмы деламинации пленки от подложки, полета пленки и формирования куполообразного нанобампа (выпучивания пленки) с застывшей струей на вершине. Явление имеет широкий круг приложений в технике лазерного переноса вещества, дозированного производства наночастиц, структурирования, для микроэлектроники и наноплазмоники [1,3,4,6]. Впервые решена задача о динамике тонкой пленки на подложке под действием УКЛИ [1,3,6]. Вычислены коэффициент отражения и фаза отраженного диагностического сигнала, который пребывает с заданой задержкой на облученную пленку на подложке. Разработана и направлена в печать [5] аппроксимация уравнения состояния золота с возбужденными электронами (двухтемператрная система с горячими электронами и холодными ионами). Впервые эти удобные для работы аналитические аппроксимации учитывают не только вариацию электронной и ионной температур, но и зависимость от плотности. Данные аппроксимации опираются на серию квантовых расчетов, проведенных методом функционала плотности для золота в двухтемпературном состоянии. Впервые выполнены измерения и соответствующие оценки излучения металлов в двухтемпературном состоянии [2], порожденном воздействием короткого (7 пс) лазерного импульса с мягким рентгеновским квантом (энергия кванта 89.3 эВ). Выполнены работы по разработке двумерного гидрокода и двумерного кода для решения двухтемпературной задачи теплопроводности. Результаты готовятся к публикации. Выполнен также ряд других работ. Публикации в рамках проекта РНФ 14-19-01599 [1] Н.А. Иногамов, В.В. Жаховский, "Формирование наноразмерных струек и капель ультракоротким лазерным импульсом при фокусировке на дифракционном пределе", Письма ЖЭТФ Т. 93, В. 1, С. 6-12 (2014). [2] M. Ishino, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Pikuz, I. Skobelev, A. Faenov, N. Inogamov, T. Kawachi, and M. Yamagiwa, «Very low electron temperature in warm dense matter formed by focused picosecond soft x-ray laser pulses,» J. Appl. Phys. V. 116, 183302 (2014). [3] Иногамов Н.А., Жаховский В.В., Хохлов В.А., “Струеобразование при отрыве металлоической пленки от подложки в результате воздействия фемтосекундного лазерного импульса,” готовится к печати (ЖЭТФ г., том 147, выпуск 1, стр. 20). [4] N.A. Inogamov, V .V. Zhakhovsky, N. Hasegawa, M. Nishikino, M. Yamagiwa, M. Ishino, M.B. Agranat, S.I. Ashitkov, A.Ya. Faenov, V.A. Khokhlov, D.K. Ilnitsky, T.A. Pikuz, S. Takayoshi, T. Tomita, T. Kawachi, “Three-dimensional hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse,” Applied Physics B (sent to J.) [5] Yu.V. Petrov, K.P. Migdal, N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, "Two-temperature equation of state for aluminum and gold with electrons excited by a ultrashort laser pulse," Applied Physics B (sent to J.) [6] Иногамов Н.А., Жаховский В.В., Хохлов В.А., Хищенко К.В., Петров Ю.В., Ильницкий Д.К., Мигдал К.П., "Роль геометрических параметров при фемтосекундной лазерной абляции," готовится к публикации в электронном журнале "Физико-химическая кинетика в газовой динамике" (2015). Дополнительная литература [7] C. Unger, J. Koch, L. Overmeyer, and B.N. Chichkov, “Time-resolved studies of femtosecond-laser induced melt dynamics,” Optics Express V. 20, N. 22, 24864 (2012). [8] Y. Nakata, N. Miyanaga, and T. Okada, “Effect of pulse width and fluence of femtosecond laser on the size of nanobump array,” Appl. Surf. Sci. V. 253, P. 6555–6557 (2007). [9] Емельянов В.И., Заярный Д.А., Ионин А.А., Киселева И.В., Кудряшов С.И., Макаров С.В., Нгуен Ч.Т.Х., Руденко А.А., «Наномасштабная гидродинамическая неустойчивость расплава при абляции тонкой пленки золота фемтосекундным лазерным импульсом,» Письма ЖЭТФ Т. 99, В. 9, С. 601-605 (2014). [10] С.И. Анисимов, В.В. Жаховский, Н.А. Иногамов, К. Нишихара, А.М. Опарин, Ю.В. Петров, «Разрушение твердой пленки в результате действия ультракороткого лазерного импульса,» Письма ЖЭТФ Т. 77, В. 11, С. 731-736 (2003). [11] B.J. Demaske, V.V. Zhakhovsky, N.A. Inogamov, I.I. Oleynik, «Ablation and spallation of gold films irradiated by ultrashort laser pulses,» Phys. Rev. B V. 82, 064113 (2010). [12] {\it http://elk.sourceforge.net} [13] H.J. Monkhorst, J.D. Pack. ``Special points for Brillouin-zone integrations'', Phys. Rev. B13, 5188, 1976. [14] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. ``Generalized gradient approximation made simple'', Phys. Rev. Lett., 77, No 18, 3865-3868, 1966. [15] V. Recoules, J. Clerouin, G. Zerah et al. ``Effect of Intense Laser Irradiation on the Lattice Stability of Semiconductors and Metals'', Physical Review Letters, 96, 055503,1-4, (2006). [16] D. L. Heinz, R. Jeanloz, Journal of Applied Physics, 55, 885-893, (1984). [17] A. Dewaele, M. Torrent, P. Loubeyre et al. Physical Review B, 78, 104102,1-13, (2008). [18] С. В. Стариков, В. В. Стегайлов, Г. Э. Норман и др. Письма в ЖЭТФ, 93, 11, 719-725, (2011). [19] Г. Э. Норман, С. В. Стариков, В. В. Стегайлов. ЖЭТФ, 141, 5, 910-918, (2012). [20] Fourment C., Deneuville F., Descamps D, et al. Physical Review B, 89, 161110,1-5, (2014). [21] L. H. Thomas. Proc. Cambridge Philos. Soc., 23, 542, (1987). [22] J. K. Lindhard. Dan. Vidensk. Selsk. Mat. Fys. Medd., 28, 8, (1954). [23] J. Hubbard. Proc. R. Soc. London Ser. A, 243, 336, (1957). [24] K. S. Singwi, M.P. Tosi et al. Physical Review, 176, 589, (1968).

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Лазерные технологии имеют огромное значение для современной науки и производства. Важное лазерное направление связано со структурированием поверхности, поскольку структурирование позволяет управлять фундаментальными характеристиками поверхности: меняются оптические свойства, например, спектральная зависимость коэффициента поглощения (а следовательно, цвет); в широких пределах можно варьировать смачиваемость (приложения в трибологии, медицине); изменяются химические характеристики (стойкость к коррозии, каталитическая активность), микротвердость и др. Многие годы происхождение структур связывали только с интерференцией между падающей электромагнитной волной и поверхностными плазмонами. Новый механизм формирования структур был описан в работах нашего коллектива, предшествовавших гранту 14-19-01599 РНФ на 2014-2016 гг., см.: Жаховский и др., Письма ЖЭТФ, т. 87, с. 491 (2008); Ашитков и др., ibid, т. 95, с. 192 (2012); Inogamov et al., J. Phys. Conf. Ser. v. 510, 012041 (2014). Механизм простой. В случае ультракороткого лазерного импульса эти структуры представляют собой замороженную нанопену, которая образуется в результате последовательного протекания трех процессов. Во-первых, нуклеация в поверхностном слое расплава под действием растягивающих напряжений. Во-вторых, в режиме инерционного разлета вспененного слоя имеет место инфляция (раздувание) и разрушение растянутой нанопены. Динамика нанопены определяется инерцией и поверхностным натяжением. В-третьих, быстрая рекристаллизация слоя расплава и пены фиксирует путем затвердевания остатки пены на разных стадиях разрушения. При этом характерный размер структур вдоль поверхности порядка толщины слоя прогрева ~ 0.1 мкм. Охлаждение фиксирует твердую поверхность. Отсюда следует вывод о том, что управлять формированием пены можно, регулируя теплоотвод за счет, скажем, толщины холодного подстилающего слоя и/или теплопроводности. При малых толщинах и, соответственно, при малой теплоемкости холодного слоя темп затвердевания уменьшается. Тогда, в силу увеличения времени существования в состоянии расплава, у поверхностного натяжения появляется шанс на подавление возмущений границы жидкой фазы. В настоящем гранте исследуется важный для приложений (2D фотонные кристаллы, наноплазмоника, SERS, усиление фотолюминесценции, LIFT) случай, когда структуры формируются из тонкой металлической пленки, напыленной на поверхность диэлектрической или полупроводниковой подложки. Тонкой здесь называется пленка, толщина которой меньше толщины слоя прогрева лазером. В золоте, меди и алюминии эта толщина составляет несколько толщин скин-слоя для оптических частот. В указанном случае (при умеренных вложениях лазерной энергии в пленку и слабой адгезии между пленкой и подложкой) вместо термо-флуктуационной нуклеации, происходящей в толще металла, имеет место отслоение пленки от подложки. В результате отслоившаяся и летящая, удаляясь от подложки, пленка образует куполообразное вздутие, которое естественно назвать оболочкой, пузырем или, следуя английской терминологии, бампом. Контакт пленка-подложка гладкий. Соответственно откольная (имеется в виду откол пленки от подложки) куполообразная оболочка является гладкой. В этом отличие данной оболочки от откольной оболочки в случае объемной мишени, когда откольная оболочка образуется в результате термо-флуктуационной нуклеации и поэтому имеет существенные возмущения по толщине (что ускоряет процессы разрушения). Нано или микро бампы формируются остро сфокусированным на дифракционном пределе пучком. Они имеют размеры вдоль поверхности от нескольких мкм до долей мкм в зависимости от длины волны лазера. Проведенные за отчетный период исследования позволили полностью описать физику формирования бампа. В качественном отношении ситуация здесь оказалась сходной с той, в которой возникают хаотические поверхностные структуры, стартующие от термофлуктуаций (они упомянуты выше). Во-первых, важную роль опять играют напряжения, растягивающие и разрывающие контакт пленка-подложка. Во-вторых, бамп из расплавленного металла надувается (растет объем полости внутри) при полете по инерции. В-третьих, торможение полета происходит за счет капиллярных сил. В-четвертых, рекристаллизация фиксирует финальную форму бампа. За год удалось создать адекватную физическую модель и набор компьютерных кодов, которые позволили понять значение каждого из перечисленных процессов. Результаты опубликованы или приняты в печать в работах [1-4] и доложены на конференциях 2015 года: IIEFM-2015 (Эльбрус), SCCM (Tampa, USA), PIERS (Prague, Czech Republic), COLA (Australia), International Conference on Computer Simulation in Physics and beyond (ICCSP, Moscow), EMN.ultrafast (Las Vegas, USA), Scientific-Coordination Workshop "Non-ideal Plasma Physics" (NPP, Moscow). Кроме того, посланы в печать работы [9-13]. Вернемся к приложениям, в которых используются одиночные уединенные структуры (бампы) или 2D массивы из них. Определенным образом расположенная группа бампов (решетка плюс дефекты) является 2D фотонным кристаллом (применение в нанофотонике). Требуется придать форме бампа определенные нанометровые детали (утолщение на вершине, струя или струя определенной длины с каплей), чтобы такое возмущение пленки служило в качестве плазмонной антенны (приложение в наноплазмонике). Перспективными представляются технологии, в которых система бампов, созданных фемтосекундным импульсом, обрабатывается дополнительно ионным пучком или путем химического травления. Такими способами можно смыть первичную пленку и оставить на диэлектрической или полупроводниковой подложке только элементы бампов. Нанодетали бампа размерами в десятки нанометров ответственны за создание "горячих точек" - пятен усиления внешнего ЭМ поля. Таким образом внешнее поле, падающее на бамп, может быть усилено по порядку величины. Этот эффект применяется в устройствах SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) и для усиления фотолюминесценции. Соответствующие устройства представляют собой сверхчувствительные датчики химического состава. Дело в том, что рамановский сигнал пропорционален четвертой степени ЭМ поля. Поэтому даже одиночные молекулы, попавшие в "горячее пятно" могут быть обнаружены. Другое направление связано с лазерной печатью и производством наночастиц. Это технологии LIFT или LIBT (Laser Induced Forward/Backward Transfer). Бамп служит источником капли - наночастицы (НЧ) размером десятки, сотни нанометров. Это может быть одиночная НЧ или две, три или группа НЧ. Лазерными средствами (фокусировка, энергия в пичке) и толщиной пленки можно регулировать распределение по размерам и угловую поляру вылета НЧ. Как следует из наших исследований, проведенных в 2015 г. [1-4,9-13], в случае одиночной НЧ эта НЧ вылетает в строго заданном направлении с ничтожным угловым разбросом (приложение - лазерный принтер). Наоборот, в случае нанопен НЧ много и угловое распределение широкое - часть НЧ даже возвращается назад на поверхность. Для понимания и количественного описания лазерного эксперимента необходимы современные физические модели, вычислительные алгоритмы и мощные компьютеры. В нашем гранте в 2015 г., построенном на сочетании и дополнении вычислительных средств, этому уделялось основное внимание. Созданы наново или приспособлены к условиям задачи о нанобампе комбинации алгоритмов и кодов. Для описания двухтемпературной (2Т) физики применяются квантовомеханические программы, описывающие конденсированную среду из первых принципов, и программы решения кинетического уравнения при произвольных (относительно энергии Ферми) электронных температурах (2Т стадия образует основу, стартовую площадку для всех последующих стадий). Эти программы применяются в сочетании с 2Т гидродинамическими (ГД) программами и в сочетании с молекулярно-динамическими (МД) программами; 2Т результаты за 2015 г. были представлены на конференциях (Эльбрус, SCCM, PIERS, COLA, NPP) и в работах [5-7,14]. Были выполнены работы по созданию ГД вычислительных моделей, учитывающих упругость твердой фазы и пластические эффекты. Разработаны новые потенциалы межатомного взаимодействия для воды и железа. Они специально предназначены для МД расчетов в условиях высоких темпов деформаций высокой амплитуды, см. [15,16] (доклады на конференциях: Эльбрус, SCCM). Разработка межатомных потенциалов взаимодействия - это исключительно тонкая и важная работа, требующая высокого искусства и огромных усилий. В принципе, такая "продукция" цитируется высоко, поскольку применяется многими пользователями МД приложений. МД и ГД подходы, оба, имеют существенные ограничения. В случае МД - это ограничения по размерам. Достигнутые в гранте РНФ в 2015 г. пределы для задачи о бампе составляют до 10 наносекунд эволюции системы из 0.2 миллиарда атомов. В случае ГД имеются проблемы с адекватным описанием неравновесных стадий (полиморфные трансформации, нуклеация). Представляется естественным дополнить эти подходы путем их совместного применения для одной и той же задачи. Именно в этом направлении была выполнена большая работа в 2015 г. Результаты представлены в статье [8] и на конференциях: Эльбрус и SCCM. Публикации за 2015 г., выполненные в рамках проекта РНФ 14-19-01599 [1] Иногамов Н.А., Жаховский В.В., Хохлов В.А., "Струеобразование при отрыве металлической пленки от подложки в результате воздействия фемтосекундного лазерного импульса," ЖЭТФ, том 147, выпуск 1, стр. 20-56 (2015) [2] N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, and V.A. Khokhlov, "Three Dimensional Ablation Flow Produced by Ultrashort Laser Pulse from Perfectly Flat Target," Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS) Proceedings (ISSN 1559-9450), Prague, Czech Republic, July 6-9, 2015, pp. 2413-2417 (2015). http://piers.org/piersproceedings/piers2015PragueProc.php [3] N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, N. Hasegawa, M. Nishikino, M. Yamagiwa, M. Ishino, M.B. Agranat, S.I. Ashitkov, A.Ya. Faenov, V.A. Khokhlov, D.K. Ilnitsky, Yu.V. Petrov, K.P. Migdal, T.A. Pikuz, S. Takayoshi, T. Eyama, N. Kakimoto, T. Tomita, M. Baba, Y. Minami, T. Suemoto, and T. Kawachi, "Hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse: simulations and the optical pump--X-ray probe experiment," Appl. Phys. B v. 119, pp. 413-419 (2015) [4] V.A. Khokhlov, N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, D.K. Ilnitsky, K.P. Migdal, and V.V. Shepelev, "Film-substrate hydrodynamic interaction initiated by femtosecond laser irradiation," APS proc. (Труды конференции SCCM, June, 2015. Tampa, USA. Имеет благодарность РНФ. Принято в печать) [5] M. Ishino, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Pikuz, I. Skobelev, A. Faenov, N. Inogamov, T. Kawachi, M. Yamagiwa, "Low electron temperature in ablating materials formed by picosecond soft x-ray laser Pulses," SPIE Proceedings, Vol. 9589, 958904-1 (2015). X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources: Development and Applications XI, edited by Annie Klisnick, Carmen S. Menoni, Proc. of SPIE Vol. 9589, 958904 · © 2015 SPIE CCC code: 0277-786X/15/$18 · doi: 10.1117/12.2186053 [6] Y. Rosandi, F.C. Kabeer, Y. Cherednikov, E.S. Zijlstra, M.E. Garcia, N.A. Inogamov, and H.M. Urbassek, "Melting of Al Induced by Laser Excitation of 2p Holes," Mater. Res. Lett., vol. 3(3), pages 149-155 (2015). http://dx.doi.org/10.1080/21663831.2015.1033564 [7] Yu. Petrov, K. Migdal, N. Inogamov, V. Zhakhovsky, "Two-temperature equation of state for aluminum and gold with electrons excited by an ultrashort laser pulse," Appl. Phys. B vol. 119, pp. 401-411 (2015). DOI 10.1007/s00340-015-6048-6 [8] S.A. Dyachkov, A.N. Parshikov, V.V. Zhakhovsky, "Shock-produced ejecta from Tin: comparative study by molecular dynamics and smoothed particle hydrodynamics methods," J. Phys. Conf. Ser. vol. 653, 012043 (2015) Работы за 2015 г. (с благодарностью РНФ 14-19-01599), посланные в редакции [9] N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, K.P. Migdal, "Laser-induced spalling of thin metal film from silica substrate followed by inflation of microbump," Applied Physics A: Material Science and Processing [10] N.A. Inogamov, V.A. Khokhov, Y.V. Petrov, V.V. Zhakhovsky, K.P. Migdal, D.K. Ilnitsky, N. Hasegawa, M. Nishikino, M. Yamagiwa, M. Ishino, T. Kawachi, A.Y. Faenov, T.A. Pikuz, S. Takayoshi, T. Eyama, N. Kakimoto, T. Tomita, M. Baba, Y. Minami, and T. Suemoto, "Rarefaction after fast laser heating of thin metal film on a glass mount," AIP Conference Proceedings [11] V.A. Khokhlov, N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, D.K. Ilnitsky, K.P. Migdal, and V.V. Shepelev, "Film-substrate hydrodynamic interaction initiated by femtosecond laser irradiation," AIP Conference Proceedings [12] N.A. Inogamov and V.V. Zhakhovsky, "Surface 3D nanostructuring by tightly focused laser pulse: simulations by Lagrangian code and molecular dynamics," J. Phys. Conf. Ser. [13] N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, V.A. Khokhlov, Yu.V. Petrov, and K.P. Migdal, "Solitary Nanostructures Produced by Ultrashort Laser Pulse," Nanoscale Research Lett. [14] K.P. Migdal, Yu.V. Petrov, D.K. Ilnitsky, V.V. Zhakhovsky, N.A. Inogamov, D.V. Knyazev, P.R. Levashov, "Thermodynamics and kinetics of d-band metals in two-temperature states," Applied Physics A: Material Science and Processing [15] V.V. Zhakhovsky, K.P. Migdal, N.A. Inogamov, S.I. Anisimov, "MD simulation of steady shock-wave fronts with phase transition in single-crystal iron," AIP Conference Proceedings (2016) [16] S.I. Ashitkov, V.V. Zhakhovsky, N.A. Inogamov, P.S. Komarov, M.B. Agranat, G.I. Kanel, "The behavior of iron under ultrafast shock loading driven by a femtosecond laser," AIP Conference Proceedings (2016)

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. В отчетном году выполнены работы и получены важные результаты при исследовании процессов, происходящих при воздействии ультракоротких лазерных импульсов на тонкие пленки металлов на стеклянной подложке. Численно и экспериментально рассмотрено действие фемтосекундных импульсов на пленки золота в зависимости от флюенса (поверхностной плотности энергии на мишени). Впервые обнаружено несколько режимов абляции и формирования трехмерных структур, зависящих от поглощенного флюенса и величины адгезии между пленкой и подложкой. Показано, что при слабой адгезии существует пороговое значение флюенса для начала отслоения пленки от подложки (порог отслоения), а также более высокий порог начала разрушения пленки (порог абляции). Выше порога отслоения пленка целиком отходит от подложки. Выше более высокого порога абляции пленка разрывается вблизи ее средней части. Это характерно для пленок из чистых золота и серебра на подложке из-за слабой адгезии. Порог отслоения исчезает в случае сильной адгезии, в этом случае расслоение в целом становится невозможным. [11,16]. 2. Проведено экспериментальное изучение гидродинамических течений, возникающих в мишени при воздействии на нее остросфокусированным ультракоротким лазерным импульсом и получены новые важные результаты. В экспериментах с пленками серебра на стеклянной подложке впервые для визуализации воздействия излучения на мишень наряду со сканирующим электронным микроскопом был применен химический анализ лазерно-модифицированных пленок методом микроспектроскопии характеристической энергодисперсионной рентгеновской флуоресценции (ЭДРС) для L-линий характеристического рентгеновского излучения серебра и K-линий кремния из подложки. В сканирующем микроскопе получены изображения структур на поверхности пленки, имеющих большое практическое значение, в частности, для целей наноплазмоники [3]. 3. Путем сочетания гидродинамического подхода на ранней стадии и применением подобия в моделировании решена проблема нехватки вычислительных ресурсов при прямом молекулярно-динамическом моделировании проведенных нами экспериментов по изучению гидродинамических течений, возникающих в мишени при действии на нее остросфокусированных ультракоротких лазерных импульсов. Проведено молекулярно-динамическое моделирование разлета вещества пленки из золота на стеклянной подложке и образования наноструктур, включающее нагрев пленки, ее плавление, движение расплава, его кристаллизацию, требующее при расчете напрямую рассмотрение области мишени, содержащей не менее 1011 атомов, и выполненное в наших расчетах на несколько порядков меньшим ( (2÷200)∙10^6 ) числом атомов [9,10]. 4. Проведено гидродинамическое моделирование на начальной стадии абляции пленки золота на подложке и молекулярно-динамическое моделирование движения атомов с добавлением электронной компоненты для учета электронной теплопроводности и обмена энергией между электронами и решеткой методом Монте-Карло. Чтобы использовать при моделировании образования наноструктур на поверхности мишени достижимое в расчетах число атомов, которое на несколько порядков меньше присутствующего в физически важной области мишени, использовалось гидродинамическое подобие. Это позволило наблюдать формирование наноструктур на поверхности пленки золота в виде струй на поверхности жидкого купола, их разрушения на капли в верхней части из-за сил поверхностного натяжения и замерзания оставшейся на мишени части в виде твердого купола с сильно вытянутым острием в верхней части или структуры в виде нанокороны [6-8]. 5. Проведены исследования электромагнитного излучения в наноструктурах и получены новые важные результаты. Впервые проведено изучение резонансного рассеяния света от индивидуальных нанопустот, полученных воздействием ультракоротких импульсов лазерного излучения на пленки благородных металлов на стеклянной подложке, используя конфокальную микроспектроскопию темного поля. Найдено, что спектральные положения пиков резонансного рассеяния в видимой области спектра определяются размером нанопустот и связаны с возбуждением и эффективным рассеянием поперечных плазмонных мод в нанопустотах, что показано нами с помощью вычислительного подхода, включающего двухтемпературную гидродинамику металла пленки, молекулярно-динамическое и Монте-Карло моделирование вещества внутри нанопустот и опирающиеся на это моделирование электромагнитные расчеты. Представлен эффективный высокорентабельный способ лазерной печати путем создания отдельных нанопустот и их упорядоченных массивов большой емкости [13]. 6.Проведена большая работа и получены важные результаты в исследовании внутренних свойств металлов в неравновесной двухтемпературной области. Получены эффективные частоты электрон-электронных столкновений (s-p- электронов проводимости между собой и электронов проводимости с d-электронами) для золота, меди и серебра, их аналитические аппроксимации как функции электронной температуры и плотности исследуемых металлов. Получена зависимость частот электрон-фононных столкновений от плотности и ионной температуры. В зависимости от электронной, ионной температур и плотности золота, меди и серебра в приближении кинетического уравнения проведен расчет коэффициента электронной теплопроводности и получены удобные в использовании выражения для коэффициента электронной теплопроводности в твердой и жидкой фазах этих металлов [2]. 7. Получены кинетические коэффициенты меди в двухтемпературном состоянии проведением расчетов методом функционала плотности для электронной энергетической зонной структуры и методом квантовой молекулярной динамики в сочетании с теорией Кубо-Гринвуда для расчета кинетических коэффициентов. Рассчитанная плотность электронных состояний была использована для нахождения в меди коэффициента электрон-ионного теплообмена в зависимости от электронной температуры и плотности вещества. Расчет электронного спектра из первых принципов вместе с квантовой молекулярной динамикой для учета движения ионов и теорией Кубо-Гринвуда был использован для нахождения электронного коэффициента теплопроводности меди в зависимости от температуры электронов и плотности. Результаты, основанные на использовании кинетического уравнения, хорошо согласуются с данными, полученными с помощью теории Кубо-Гринвуда [14]. 8. Проведены экспериментальные исследования абляции пленки из золота на стеклянной подложке под действием фемтосекундных импульсов Cr:F лазера. В экспериментах, проведенных совместно с сотрудниками ОИВТ РАН, с помощью интерферометра Майкельсона получены значения фазового сдвига и коэффициента отражения пробного лазерного излучения на пленке. С помощью этих двух параметров проведено восстановление вытекающей из результатов экспериментов комплексной диэлектрической проницаемости и комплексного показателя преломления. Обнаружены скачки в изменении диэлектрической проницаемости во времени [2]. 9. Проведен теоретический расчет гидродинамического движения пленки золота и ее термодинамического состояния с помощью разработанного нами гидродинамического кода. Проведено теоретическое рассмотрение оптических констант золота в двухтемпературном состоянии. Используемые значения комплексной диэлектрической проницаемости при изменяющемся состоянии вещества мишени учитывают как электрон-ионную, так и электрон-электронную релаксацию в благородных металлах, а также межзонные электронные переходы в них. Полученное в результате теоретического расчета временное изменение диэлектрической проницаемости золота обнаруживает немонотонное поведение и скачки, аналогичные полученным в проведенной экспериментальной работе. Таким образом, развитая нами модель позволяет отслеживать фазовые переходы в неравновесном двухтемпературном состоянии металла [2]. 10. Проведена большая работа по созданию и совершенствованию уже созданных нами гидродинамических кодов, используемых при исследовании различных случаев абляции конденсированных тел под действием ультракоротких лазерных импульсов. Они дают возможность рассмотрения в качестве мишеней как жидкостей, так и твердых тел, с учетом сдвиговых напряжений в твердой фазе вещества, позволяют исследовать как объемные мишени, так и тонкие пленки, находящиеся либо в свободном состоянии, либо помещенные на субстрат и учитывают двухтемпературное состояние металлической лазерной мишени. Кроме того, в созданные нами гидродинамические коды включается критерий образования паровой фазы, кавитации жидкости при ее растяжении в процессе лазерной абляции, что позволило в работах по проекту уже в гидродинамическом приближении провести исследование разрушения как массивных образцов, так и пленок [2,5, 9-12]. 11. Выявлен новый механизм разрушения пленок металлов при гидродинамическом моделировании ранней стадии абляции фемтосекундными лазерными импульсами пленок из золота. При толщине пленки, большей глубины прогретого электронной теплопроводностью и электрон-ионным теплообменом слоя мишени, термомеханическая абляция происходит из-за появления отрицательных напряжений и торможения расширяющегося вещества мишени за счет пространственной неоднородности области нагрева. При толщине пленки, меньшей области прогрева в массивном образце, возникает дополнительный механизм абляции, обусловленный быстрым падением полного давления в первые 2-3 пс за счет сильного уменьшения электронного давления из-за электронной теплопроводности. [5]. 12. Проведено экспериментальное исследование возбуждения ударных волн лазерными импульсами и их распространение в железной пленке на подложке. С помощью интерферометра Майкельсона выполнена диагностика движения задней свободной поверхности пленки. Найдено, что имеет место двухволновая структура волны сжатия, приходящей на заднюю поверхность пленки. Измеренная большая скорость первой волны соответствует метастабильной упругой ударной волне, в то время как меньшая скорость второй указывает на следующую за ней пластическую ударную волну [1]. 13. Наряду с поставленными экспериментами было проведено молекулярно-динамическое моделирование распространения индуцированных лазерным излучением ударных волн в свободной пленке железа и получены важные результаты. Молекулярно-динамическое моделирование было использовано для определения условий наблюдения полиморфного перехода в железе. Найдено, что распространение ударной волны в кристаллографическом направлении [100] наиболее благоприятно для фазового перехода из оцк в гпу фазу. В отличие от направления [100], ударные волны в направлениях [110] и [111] должны иметь существенно большую величину давления для такого структурного перехода [4]. 14. Представлен новый эффективный метод оценки силы создаваемой лазером в мишени ударной волны позволяющий вести мониторинг ее воспроизводимости при каждом лазерном выстреле, основанный на измерении рентгеновского излучения из абляционной плазмы фокусирующим спектрометром высокого разрешения, позволяющим получать спектры при каждом лазерном выстреле и контролировать флуктуации спектральной интенсивности с точностью до 2%, что соответствует точности определения температуры электронов плазмы 5%-7% и интенсивности лазерного излучения, поглощенного мишенью, с точностью 8%-10%. Таким образом, измерение электронной температуры в плазме позволяет сделать оценку потока лазерной энергии на мишень, а ее флуктуации - следить за воспроизводимостью силы ударных волн [15].