Ablation mechanism and some ideas of applications of modified surface structures induced by picosecond soft X-ray laser

軟X線レーザーによるアブレーション機構とアブレーションによって形成される表面構造の利用に関する研究

石野 雅彦; 長谷川 登; 錦野 将元; 圓山 桃子; Faenov, A.*; 保 智己*; Pikuz, T.*; Inogamov, N.*; Skobelev, I.*; 河内 哲哉; 山極 満

Ishino, Masahiko; Hasegawa, Noboru; Nishikino, Masaharu; Maruyama, Momoko; Faenov, A.*; Tamotsu, Satoshi*; Pikuz, T.*; Inogamov, N.*; Skobelev, I.*; Kawachi, Tetsuya; Yamagiwa, Mitsuru

波長13.9nm、パルス幅7psのピコ秒軟X線レーザーパルスを物質表面に集光照射すると、ナノメートルオーダーの多彩なアブレーション構造が形成される。モデル計算による理論的考察からは破砕的なアブレーション過程が提唱されており、低フルーエンス領域では表面溶融層が飛散することによる損傷構造の形成が示唆されている。また、軟X線レーザーの照射によって加熱される物体の電子温度が1eV未満の低温であることが発光観察実験から明らかとなった。軟X線レーザー特有のアブレーション機構を利用することにより、従来よりも高効率での物質表面微細加工が可能となると期待できる。発表では軟X線レーザーによるアブレーション機構と表面ナノ加工の可能性についての考察を行う。

Soft X-ray laser pulses having a wavelength of 13.9 nm and a duration of 7 ps have an ability to make various nanometer scale damage structures on material surfaces. Our experimental study confirms the theoretical model of an atomistic simulation, which predicts the splash of molten layers occurring under a low electron temperature less than 1 eV and creating nanometer scale surface modifications. We also propose the probable ideas of applications of surface structures induced by the soft X-ray laser pulses. Catalytic substrates for chemical reactions, nanopillar sheet for culturing biological cells, and geometrical structures beneath the surface will be candidates. When we can control the surface modification process, the soft X-ray laser beam will enable us to fabricate three dimensional nanometer scale structures.