大強度レーザーによる透明素材の絶縁破壊過程の第一原理シミュレーション

First-principle electron dynamics simulation for optical breakdown of dielectrics under the intense laser

乙部 智仁

Otobe, Tomohito

レーザーによる誘電体の加工,制御技術において、絶縁破壊過程は最も重要な過程である。しかし、これまでに第一原理的シミュレーションによる研究は皆無である。本研究では多電子ダイナミクスの第一原理的記述法の一つである時間依存密度汎関数法(TD-DFT)の基礎方程式である時間依存Khon-Sham方程式を実時間-実空間法により解くことで強レーザー場による透明素材中電子のダイナミクスの記述とその機構解明を目指している。計算結果からダイアモンド電子の励起はおもに原子間にいる電子により起こること、レーザー強度が上がるとバンドギャップを超えるのに必要な光子以上の光子数を吸収することがわかった。

The optical breakdown is the most important process to control and manipulate the dielectrics by the intense laser field. However, the first-principle simulation for this process has not been studied. In this study, we employ the time-dependent density functional theory (TD-DFT) to describe the electron dynamics of many electron system. Our computational results shows that the electron excitation occurs around the electric bond and the above threshold photo-absorption process which is similar to the atom or molecular case.