Etude numérique de la formation de nano-agrégats créés lors de l'ablation laser à courtes impulsions

Computational investigation of nanocluster formation producted by short pulse laser ablation

• Auteur / Autrice : Karine Gouriet
• Direction : Tatiana Govorykha Itina, Marc Sentis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux. Nanosciences
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Projection au plasma

Agrégats métalliques

Nanotechnologie

Dynamique moléculaire

Résumé

Le but de cette étude est de comprendre la formation et l’évolution des nano-agrégats créés lors de l’ablation laser à courtes impulsions. L’ablation du matériau, la formation et l’évolution du panache sont simulées à partir d’un modèle combinant la dynamique moléculaire (DM) et la technique de simulation directe de Monte Carlo (DSMC). L’influence des paramètres des agrégats et du milieu gazeux entourant l’agrégat sur ses processus d’évaporation et de condensation est analysée au moyen de la DM. Les taux d’évaporation et de condensation obtenus sont directement transférés à la partie DSMC du modèle combiné. Enfin, plusieurs simulations DM-DSMC de l’expansion du panache à grande échelle démontrent la dynamique du panache et l’évolution des agrégats. Deux mécanismes d’évolution d’agrégats sont mis en évidence : par éjection du matériau et par les collisions lors de l’expansion du panache. Une comparaison de nos résultats avec les expériences montre un bon accord pour la prédiction de la distribution en taille des agrégats

The aim of this work is to understand the formation and the evolution of nanoclusters produced by short pulse laser ablation. Material ablation, plume formation and its evolution are simulated from a computational model, which combines molecular dynamics (MD) method and direct simulation Monte Carlo (DSMC) technique. The influence of both cluster and gas around the cluster parameters on its evaporation and condensation processes is analysed by using MD simulations. The obtained evaporation and condensation are directly transferred to the DSMC part of our combined model. Finally, several simulations MD-DSMC of longer-time over the plume expansion demonstrate both plume dynamic and cluster evolution. Two cluster evolution mechanisms are demonstrated : by material ejection and by collision processes during plume expansion. Comparisons with experimental findings show a good agreement with the prediction for the cluster size distribution.