Surface nano-structuring produced by spallation of metal irradiated by an ultrashort laser pulse

超短パルスレーザー照射による破砕的アブレーションによって金属表面に形成されるナノ構造

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Ashitkov, S. I.*; Emirov, Y. N.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 石野 雅彦; 神門 正城; 長谷川 登; 錦野 将元; 河内 哲哉; Agranat, M. B.*; Andriash, A. V.*; Kuratov, S. E.*; Oleynik, I. I.*

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Ashitkov, S. I.*; Emirov, Y. N.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; Ishino, Masahiko; Kando, Masaki; Hasegawa, Noboru; Nishikino, Masaharu; Kawachi, Tetsuya; Agranat, M. B.*; Andriash, A. V.*; Kuratov, S. E.*; Oleynik, I. I.*

超短パルスレーザーの照射によって金属表面に形成される構造とその形成機構についての報告である。複雑な形状のナノ構造はレーザーの照射によって融解した表面層の破砕的アブレーションによって形成されることが、実験結果および理論計算から示された。破砕的アブレーションは照射レーザーによって加熱融解された表面層の内部に形成される泡状構造の成長を伴っている。融解層はレーザーの照射後数ナノ秒後には凝固し、表面には泡状構造由来の複雑な形状のナノ構造が残ると考えられる。

The mechanism of formation and geometry of surface structures are discussed for the case of single pulse acting on a well-polished metal surface. We demonstrate that the complex surface nano-structures are formed after laser irradiation due to the thermomechanical spallation of ultrathin surface layer of melt. Spallation is accompanied by a strong foaming of melt followed by breaking of the foam. After several nanoseconds the foam remnants freeze up with formation of complex nano-structures on a target surface.