vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"vsgiu-196Research ArticleМеталлургия и материаловедениеMetallurgy and Materials ScienceМОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ОЦК-КРИСТАЛЛЕ НА НАНОУРОВНЕ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИMOLECULAR DYNAMIC MODELING STRUCTURAL CHANGES IN THE BCC CRYSTAL AT THE NANOSCALE DURING LASER ABLATIONhttps://orcid.org/0000-0002-7328-5444ГостевскаяАнастасия НиколаевнаGostevskayaAnastasia N.

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин имени профессора В.М. Финкеля

Postgraduate student of the Department of Natural Sciences named after Professor V.M. Finkel

gostevskaya_an@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4566-528XМаркидоновАртем ВладимировичMarkidonovArtem V.

д.ф.-м.н., доцент, заведующий кафедрой ИВТ им. Буторина

Ph.D., Associate Professor, Head of the Department of IVT im. Butorina

markidonov_artem@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationКузбасский гуманитарно-педагогический  институт Кемеровского государственного университетаRussian FederationKuzbass Humanitarian and Pedagogical Institute of  Kemerovo State University Russian Federation2022170620250239Copyright © Гостевская А.Н., Маркидонов А.В., 20252025Гостевская А.Н., Маркидонов А.В.Gostevskaya A., Markidonov A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/196

При высокотемпературном воздействии происходит изменение структуры металлов и их сплавов. Исследоване влияния высоких температур на изменение строения структуры твердого тела имеет ряд недостатков (изменение свойств и строения материалов). Изучено строения металлов на наноуровне с применением реальных экспериментов затруднительно из-за размеров частиц. Методами компьютерного моделирования изучено воздействие высоких температур на атомные механизмы изменения ОЦК-кристалла. Проведение исследования методом компьютерного моделирования является наиболее рациональным. Проведено атомистическое моделирование абляции структуры, происходящей при облучении материалов фемто- и пикосекудными лазерными импульсами. Для исследования был выбран метод молекулярной динамики. Изучено влияние процесса лазерной абляции на изменение внутреннего строения материалов при помощи компьютерного моделирования (метод молекулярной динамики). Построена модель молекулярной динамики, позволяющая изучить процесс абляции. Оценена доля «выброшенных» частиц в результате нагрева. Определено, что в процессе нагрева и охлаждения системы распределение таких частиц близко к распределению Гаусса.

When exposed to high temperature, the structure of metals and their alloys changes. The study of the effect of high temperatures on changes in the structure of the structure of a solid has a number of disadvantages (changes in the properties and structure of materials). The study of the structure of metals at the nanoscale using real experiments is difficult because of the particle sizes. The use of computer modeling methods to study and study the effects of high temperatures on the atomic mechanisms of BCC crystal changes allows us to investigate problems that are difficult to solve experimentally. Conducting research by computer modeling is the most rational. Atomistic modeling of structure ablations occurring during irradiation of materials by femto- and picosecond laser pulses has been carried out. The method of molecular dynamics was chosen as the research method. Using a computer model, the influence of the laser ablation process on the change in the internal structure of materials was studied using computer modeling (molecular dynamics method). A model of molecular dynamics is constructed, which allows to study the process of ablation. The proportion of ejected particles as a result of heating is estimated. It is determined that during the heating and cooling of the system, the distribution of such particles is close to normal.

молекулярно-динамическое моделированиемодельОЦК-кристаллтемператураповерхностьmolecular dynamic modelingmodelBCC crystaltemperaturesurfaceReferencesGamaly E.G. Femtosecond Laser-Matter Interaction: Theory, Experiments and Applications. New York: Jenny Stanford Publishing, 2011. 350 p.Gamaly E.G. Femtosecond Laser-Matter In-teraction: Theory, Experiments and Applica-tions. New York: Jenny Stanford Publishing, 2011, 350 p.Faenov Ya., Kato Y., Tanaka M., Pikuz T.A. Submicrometer-resolution in situ imaging of the focus pattern of a soft x-ray laser by color center formation in LiF crystal // Optics Letters. 2009. Vol. 34. P. 941–943.Faenov Ya., Kato Y., Tanaka M., Pikuz T.A. Submicrometer-resolution in situ imaging of the focus pattern of a soft x-ray laser by color center formation in LiF crystal. Optics Letters. 2009, vol. 34, pр. 941–943.Гостевская А.Н., Маркидонов А.В. Иссле-дование методом молекулярно-динами-ческого моделирования процесса лазерной абляции. В кн.: Материалы ХIII школы-конференции молодых ученых “Кому-2021”, Ижевск, 18 – 22 октября 2021 года. Ижевск: изд. Удмуртского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, 2021. С. 131, 132.Gostevskaya A.N., Markidonov A.V. Investigation by the method of molecular dynamic modeling of the laser ablation process. In: Proceedings of the XIII school-conference of young scientists "To Whom-2021", Izhevsk, October 18–22, 2021. Izhevsk: izd. Udmurtskogo federal'nogo issledovatel'skogo tsentra Ural'skogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk, 2021, pp. 131, 132. (In Russ.).Завьялова М.А. Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 863–870.Zav'yalova M.A. Surface modification of quartz glass by picosecond laser pulses. Komp'yuternaya optika. 2016, vol. 40, no. 6, pp. 863–870. (In Russ.).Мажукин В.И., Демин М.М., Шапранов А.В. Эффекты неравновесности при воздействии импульсного лазерного излучения на металлы // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 8. С. 29–37.Mazhukin V.I., Demin M.M., Shapranov A.V. Effects of nonequilibrium under the influence of pulsed laser radiation on metals. Optiche-skii zhurnal. 2011, vol. 78, no. 8, pp. 29–37. (In Russ.).Явтушенко Т.О., Кадочников А.С., Новиков С.Г., Беринцев А.В., Столяров Д.А. Эксперименталь-ное исследование процесса структурирования поверхности металла фемтосекундными лазерными импульсами высокой мощности // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 4 (5). С. 1033–1037.Yavtushenko T.O., Kadochnikov A.S., Novikov S.G., Berintsev A.V., Stolyarov D.A. Experimental study of the process of structuring the metal surface by femtosecond laser pulses of high powe. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2013, vol. 15, no. 4 (5), pp. 1033–1037. (In Russ.).Kuo J.-K., Huang P.-H., Chien S.-K., Huang K.-Y., Chen K-.T. Molecular Dynamics Simulations of Crater Formation Induced by Laser Ablation on the Surface of α-Fe Substrate // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 167. Article 03011.Kuo J.-K., Huang P.-H., Chien S.-K., Huang K.-Y., Chen K-.T. Molecular Dynamics Simulations of Crater Formation Induced by Laser Ablation on the Surface of α-Fe Substrate. MATEC Web of Conferences. 2018, vol. 167, article 03011.Gong X.-F., Yang G.-X., Li P., Wang Y., Ning X.-J. Molecular Dynamics Simulation of Pulsed Laser Ablation // International Journal of Modern Physics B. 2011. Vol. 25. No. 4. P. 543–550.Gong X.-F., Yang G.-X., Li P., Wang Y., Ning X.-J. Molecular Dynamics Simulation of Pulsed Laser Ablation. International Journal of Modern Physics B. 2011, vol. 25, no. 4, pp. 543–550.Cheng C., Wu A.Q., Xu X. Molecular Dynamics Simulation of Ultrafast Laser Ablation of Fused Silica // Journal of Physics: Conference Series. 2007. Vol. 59. P. 100–104.Cheng C., Wu A.Q., Xu X. Molecular Dynamics Simulation of Ultrafast Laser Ablation of Fused Silica. Journal of Physics: Conference Series. 2007, vol. 59, pp. 100–104.Рыкалкин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.Rykalkin N.N., Uglov A.A., Zuev I.V., Kokora A.N. Laser and electron beam processing of materials. Moscow: Mashinostroenie, 1985, 496 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.