Пикосекундная динамика и морфология тыльного откола нанослоя в пленке ванадия при ударно-волновом нагружении субпикосекундными лазерными импульсами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методами высокоскоростной лазерной интерферометрии, сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследована временная динамика и морфология откольного разрушения пленочного образца ванадия микронной толщины при ударно-волновом нагружении фемтосекундными лазерными импульсами в различных условиях фокусировки излучения. Показано, что вблизи порога разрушения при длительности генерируемого импульса сжатия 50 пс и скорости деформирова ния 1.4 × 10 9 с –1 на тыльной поверхности формируется кратер глубиной 170–190 нм с наноразмерной шероховатостью. Результаты могут представлять интерес для изучения физики и моделирования процессов высокоскоростного разрушения металлов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. С. Комаров

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Россия, г. Москва

С. А. Ромашевский

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Россия, г. Москва

Е. В. Струлева

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Россия, г. Москва

С. И. Ашитков

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Семенов А.Ю., Абросимов С.А., Стучебрюхов И.А., Хищенко К.В. Изучение динамики волновых процессов сжатия и расширения в палладии при пикосекундном лазерном воздействии // ТВТ. 2023. Т. 61. № 4. С. 542.
  2. Хищенко К.В. Уравнение состояния алюминия при высоких давлениях // ТВТ. 2023. Т. 61. № 3. С. 477.
  3. Хищенко К.В. Уравнение состояния циркония при высоких давлениях // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 783.
  4. Crowhurst J.C., Reed B.W., Armstrong M.R. et al. The Phase Transition in Iron at Strain Rates up to ~10 9 s –1 // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. № 11. P. 113506.
  5. Мурзов С.А., Ашитков С.И., Струлева Е.В., Комаров П.С., Хохлов В.А., Жаховский В.В., Иногамов Н.А. Упругопластические и полиморфные превращения в пленках железа при нагрузке ультракороткими лазерными ударными волнами // ЖЭТФ. 2022. T. 161. № 3. C. 315.
  6. Whitley V.H., McGrane S.D., Eakins D.E. et al. The Elastic-plastic Response of Aluminum Films to Ultrafast Laser-Generated Shocks // Appl. Phys. 2011. V. 109. № 1. P. 013505.
  7. Crowhurst J.C., Armstrong M.R., Knight K.B. et al. Invariance of the Dissipative Action at Ultrahigh Strain Rates above the Strong Shock Threshold // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. P. 144302.
  8. Demaske B.J., Zhakhovsky V.V., Inogamov N.A., Oleynik I.I. Ultrashort Shock Waves in Nickel Induced by Femtosecond Laser Pulses // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. № 5. P. 054109.
  9. Абросимов С.А., Бажулин А.П., Воронов В.В., Гераськин А.А., Красюк И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю., Стучебрюхов И.А., Хищенко К.В., Фортов В.Е. Особенности поведения вещества в области отрицательных давлений, создаваемых действием лазерного импульса пикосекундной длительности // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 3. С. 246.
  10. Ашитков С.И., Комаров П.С., Струлева Е.В., Агранат М.Б., Каннель Г.И. Механические и оптические свойства ванадия под действием ударных нагрузок пикосекундного диапазона // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101. № 4. С. 294.
  11. Беликов Р.С., Красюк И.К., Ринеккер Т., Семенов А.Ю., Розмей О.Н., Стучебрюхов И.А., Томут М., Хищенко К.В., Шенляйн А. Отрицательные давления и откол в мишенях из графита при нано- и пикосекундном лазерном воздействии // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 5. С. 421.
  12. Канель Г.И., Гаркушин Г.В., Савиных А.С., Разоренов С.В., Атрошенко С.А. Высокоскоростная деформация и разрушение стали 15Х2НМФА под действием ударной нагрузки при нормальной и повышенной температурах // ЖТФ. 2020. Т. 90. № 3. С. 441.
  13. Канель Г.И., Гаркушин Г.В., Савиных А.С., Разоренов С.В., Атрошенко С.А. Исследование скоростных зависимостей напряжения пластического течения и разрушения стали 09Г2СА-А при нормальной и повышенной температурах // ЖТФ. 2021. Т. 91. № 11. С. 1698.
  14. Струлева Е.В., Комаров П.С., Евлашин С.А., Ашитков С.И. Поведение магниевого сплава при высокоскоростной деформации под действием ударно-волновой нагрузки // ТВТ. 20 22. Т. 60. № 5. С. 793.
  15. Ашитков С.И., Струлева Е.В., Комаров П.С., Евлашин С.А. Ударное сжатие молибдена при воздействии ультракороткими лазерными импульсами // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 790.
  16. Канель Г.И., Фортов В.Е., Разоренов С.В. Ударные волны в физике конденсированного состояния // УФН. 2007. Т. 177. № 8. С. 809.
  17. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Интерферометрическая диагностика нанодеформаций поверхности мишени в пикосекундном диапазоне при импульсном лазерном воздействии // Вестник ОИВТ. 2018. T. 1. № 1. С. 130.
  18. Ashitkov S.I., Komarov P.S., Romashevskiy S.A., Struleva E.V., Evlashin S.A. Destruction of a Magnesium Alloy Film in the Condensed State by an Ultrashort Laser-Driven Shock Wave // Phys. Fluids. 2023. V. 35. P. 107107.
  19. Domke M., Rapp S., Schmidt M., Huber H.P. Ultra-Fast Movies of Thin-Film Laser Ablation // Appl. Phys. A. 2012. V. 109. № 2. P. 409.
  20. Temnov V.V., Sokolovski-Tinten K., Zhou P., von der Linde D. Ultrafast Imaging Interferometry at Femtosecond Laser-Excited Surfaces // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. V. 23. № 9. P. 1954.
  21. Romashevskiy S.A., Ashitkov S.I., Ovchinnikov A.V., Kondratenko P.S., Agranat M.B. Formation of Periodic Mesoscale Structures Arranged in a Circular Symmetry at the Silicon Surface Exposed to Radiation of a Single Femtosecond Laser Pulse // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 374. P. 12.
  22. Физические величины. Спр. / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991.
  23. Kanel G.I. Spall Fracture: Methodological Aspects, Mechanisms, and Governing Factors // Int. J. Fract. 2010. V. 163. P. 173.
  24. Степанов Г.В. Откольное разрушение металлов плоскими упругопластическими волнами нагрузки // Проблемы прочности. 1976. № 8. С. 66.
  25. Канель Г.И. Искажение волновых профилей при отколе в упругопластическом теле // ПМТФ. 2001. Т. 42. № 2. С. 194.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пространственно-временное распределение изменения фазы зондирующего импульса ∆ϕ(x, t) при выходе ударной волны на свободную тыльную поверхность образца; калибровочный коэффициент для оси времени – 0.164 пс/пкс, для пространственной оси – 0.3 мкм/пкс.

Скачать (15KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эволюция смещения (1) и скорости движения (2) свободной поверхности пленочного образца ванадия толщиной 1320 нм вблизи порога откола при плотности энергии нагревающего импульса F = 0.72 Дж/см2.

Скачать (16KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения тыльной поверхности пленочного образца ванадия толщиной 1320 нм, полученные с помощью СЭМ (а) и АСМ (б) после лазерного воздействия при плотности энергии нагревающего импульса F0 = 0.76 Дж/см2 в геометрии острой фокусировки.

Скачать (42KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Профиль кратера на тыльной поверхности образца ванадия в эксперименте с острой фокусировкой лазерного импульса при F0 = 0.76 Дж/см2.

Скачать (12KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024