超快激光-物质相互作用的多尺度数值建模：麦克斯韦双温模型分子动力学 (M-TTM-MD)
材料科学
2026-01-29 v1 计算物理
光学
摘要
在这项工作中，我们提出了一个综合性的数值框架，该框架耦合了使用时域有限差分 (FDTD) 方法的麦克斯韦方程组数值解、分子动力学 (MD) 和双温模型 (TTM)，以在原子尺度描述金属系统中的超快激光-物质相互作用。所提出的麦克斯韦-双温模型-分子动力学 (M-TTM-MD) 方法弥合了电磁场传播、电子-声子能量交换和原子运动之间的差距，允许在统一的模拟环境中对能量吸收、输运和结构响应进行自洽处理。计算出的电磁场包含了使用辅助微分方程 (ADE) 技术导出的色散介电特性，而电子和晶格子系统通过空间和时间分辨的能量交换项动态耦合。材料形貌的变化随后反映在用于 FDTD 方案的更新网格中。所开发的 M-TTM-MD 模型提供了一个自洽的数值框架，为激光诱导的金属现象（包括极端非平衡条件下的能量输运和表面动力学）提供了见解。
引用
@article{arxiv.2601.20763,
title = {Multiscale Numerical Modelling of Ultrafast Laser-Matter Interactions: Maxwell Two Temperature Model Molecular Dynamics (M-TTM-MD)},
author = {Othmane Benhayoun and Martin E. Garcia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.20763},
year = {2026}
}
备注
21 pages, 9 figures