The Study of soft X-ray laser ablation and nano-scale surface modification of metals

軟X線レーザーアブレーションと金属表面のナノスケール改変についての研究

河内 哲哉; 石野 雅彦; 錦野 将元; Faenov, A.*; Pikuz, T.; 長谷川 登; Inogamov, N. A.*; Skobelev, I. Y.*; Fortov, V. E.*; Khohlov, V. A.*; 山極 満

Kawachi, Tetsuya; Ishino, Masahiko; Nishikino, Masaharu; Faenov, A.*; Pikuz, T.; Hasegawa, Noboru; Inogamov, N. A.*; Skobelev, I. Y.*; Fortov, V. E.*; Khohlov, V. A.*; Yamagiwa, Mitsuru

レーザーアブレーションは材料加工やナノ構造形成などの多くの応用を持つ。レーザーアブレーション時に起こる物質損傷の基礎プロセスも精力的に研究されており、損傷のレーザーパルス幅,光子エネルギー,フルエンス依存性についても徐々に理解されつつある。近年、レーザー駆動の軟X線レーザーや自由電子レーザーなどの新しい軟X線光源が利用可能となり、軟X線による新しいレーザー加工の可能性をわれわれに提示している。軟X線領域のレーザーと物質の相互作用は、光学レーザーのそれとは大きく異なる。軟X線の物質への主な吸収過程は光電離過程であり、光電離による100eV程度の光電子が物質表面の局所的な領域に生成することで瞬時に高温状態が形成される。このような温度の急激な上昇は物質中に応力波を引き起こし、結果として表層部分の破砕や新奇な表面構造を形成する可能性がある。会議においては軟X線レーザーにおけるわれわれが行ったアブレーション実験及び理論計算との比較、そして金属表面のナノ構造形成について報告する。

Laser ablation has many technological applications in material processing and nano-structure fabrication. The laser-induce damage of the materials has been intensively studied and its dependence upon the pulse width, the photon energy, and the fluence has come to be understood. Recently novel light sources in soft X-ray region, i.e., laser-based soft X-ray laser (SXRL) and X-FEL, become available, and the use of these light sources provide us new possibility of laser processing. SXRL interaction with materials is quite different from that of optical lasers: Dominant absorption process is photo-ionization which creates high energy photo-electrons with around 100 eV in localized surface layer of materials, and such a temperature growth increases the tensile stress which may induce the spallation of the surface layer or unexpected surface modification. In this presentation, we report an experimental and theoretical study of SXRL ablation and nano-scale surface modification of metals.