用于薄箔中解离失效的飞秒双脉冲激光方法

材料中的解离失效（spall failure）发生在拉伸波在材料中传播并相互作用时，当产生的静水应力超过材料强度时导致失效。在本研究中，我们引入了一种新颖的双脉冲激光方法，通过同时照射微纳米厚度 Ni 箔的两个自由表面，利用飞秒激光脉冲来诱导解离失效。将该方法与传统的单脉冲方法进行比较，我们展示了引入第二束激光脉冲的独特效果。利用电子显微镜和聚焦离子束铣削进行的实验观察表明，所提出的方法有效地在样品中心诱导失效，这是由于体相中卸载拉伸波的相互作用所致。值得注意的是，与单脉冲方法相比，双脉冲方法显著降低了纳米尺度 Ni 箔的解离阈值。单脉冲方法需要 2,500 $\mathrm{J \cdot m^{-2}}$ 的阈值通量，而双脉冲方法将其降低至 1,750 $\mathrm{J \cdot m^{-2}}$，突显了其在更少激光脉冲能量下产生更高静水应力的潜力。实验结果和分子动力学模拟均表明了涉及空位形核、生长和合并的延性失效机制，其前兆是层错和 Shockley 不全位错的发射。这些发现表明，双脉冲方法可以是金属中高通量光机械解离实验的有效方法。