超短パルスレーザー補助イオン化による3Dアトムプローブ高度化

Improvement of 3D atom probe assisted by femtosecond laser ionization

西村 昭彦  ; 野際 公宏; 近藤 啓悦  ; 乙部 智仁; 横山 淳; 大久保 忠勝*; 宝野 和博*

Nishimura, Akihiko; Nogiwa, Kimihiro; Kondo, Keietsu; Otobe, Tomohito; Yokoyama, Atsushi; Okubo, Tadakatsu*; Hono, Kazuhiro*

超短パルスレーザー蒸発技術を3次元アトムプローブ(3DAP)分析のイオン化補助に用いることにより大きな性能向上を達成した。本研究では、3DAPに質量分解能に優れたエネルギー補償型を選択し、補助イオン化にはパルス幅可変機構を設けたチタンサファイヤ超短パルスレーザーとOPA波長変換器を導入した。分析材料として、軽水炉燃料被覆管のジルカロイと次世代高速増殖炉燃料被覆管候補材料であるODS鋼及びシリコン同位体濃縮薄膜を対象とする。また、イオン化機構の理論的解明として、時間依存密度汎関数法をもとにした数値シミュレーションコード整備の必要性を検討する。レーザー補助イオン化方式の利点は、(1)分析試料の成功率向上,(2)質量分解能向上,(3)鮮明な3D原子マップの3つの基本特性において、従来の電圧パルス駆動化方式を凌駕する。

We successfully improved the performance of 3- Dimensional atom probe by using femtosecond laser ionization. A reflectoron type atom probe was applied due to its high mass spectroscopy. Laser system has a specially designed pulse compressor to change the laser pulse duration. An OPA wave length converter was installed to the laser system. We selected ODS steel and Zr metal for 3D atom probe analysis with numerical simulation. Femtosecond laser assisted 3D atom probes can overcome the performance of voltage pulsing 3D atom probes completely.