Kvantové efekty ve vícebarevném ultrarychlém laserovém zpracování: rozšíření hranic klasických popisů (QuantumLaP)

V tomto projektu bude zkoumána interakce ultrakrátkých laserových pulzů s polovodičovými materiály na zásadně nové úrovni s přihlédnutím ke kvantovým účinkům, které se mohou objevit ve vysoce vzrušené nerovnovážné hmotě. Ústředním cílem je studium bi-chromatických režimů ozařování, u nichž se ukázalo, že jsou ve srovnání s monochromatickými laserovými paprsky extrémně účinné pro různé aplikace od mikro- / nanostrukturování povrchů po generování nanočástic a filmů. Toto téma bude řešeno vývojem nového výkonného velkoplošného 3D modelu interakce laseru a hmoty. Poprvé budou kombinovány dva přístupy modelování, teorie elektronické struktury a klasická elektrodynamika. Nezbytné kroky k dosažení těchto cílů jsou:

• Vytvoření stávajícího klasického modelu FDTD tak, aby byl soběstačný zavedením zpětné vazby do laserového pole z rychle se vyvíjející populace volných elektronů;

• Rozšíření modelu na 3D doménu ve velkém měřítku s ohledem na realistickou odezvu materiálů na polarizované laserové světlo;

• Modelování působení bi-chromatického laserového světla na polovodiče na kvantové úrovni na základě funkční teorie hustoty závislé na čase (TDDFT); vývoj teorie fotoionizace materiálů smíšenými vlnovými délkami laseru;

• Překlenutí klasických rozsáhlých simulací ultrakrátkého buzení polovodičů s kvantovými zvláštnostmi fotoionizace.

Klíčovým cílem projektu je demonstrovat sílu vyvinutého modelu v predikci morfologie funkcionalizovaných povrchů pro materiály různých vlastností za nových ozařovacích podmínek ve spolupráci s experimentátory z HiLASE. Poskytnutím důkladného pochopení základní fyziky otevře tato práce cestu k dosažení kontroly nad funkcionalizací polovodičových povrchů, čímž se toto pole posune od empirických metod k chytré počítačové predikci techniky.