Observation of high-pressure polymorphs in bulk silicon formed at relativistic laser intensities

Rapp, L.*; 松岡 健之*; Firestein, K. L.*; 寒河江 大輔*; 羽原 英明*; 向井 啓一郎*; 田中 和夫*; Gamaly, E. G.*; 兒玉 了祐*; 瀬戸 雄介*; 菖蒲 敬久  ; 冨永 亜希; Smillie, L.*; Pikuz, T.*; Haberl, B.*; 籔内 俊毅*; 富樫 格*; 犬伏 雄一*; 矢橋 牧名*; Juodkazis, S.*; Golberg, D. V.*; Rode, A. V.*; 尾崎 典雅*

Rapp, L.*; Matsuoka, Takeshi*; Firestein, K. L.*; Sagae, Daisuke*; Habara, Hideaki*; Mukai, Keiichiro*; Tanaka, Kazuo*; Gamaly, E. G.*; Kodama, Ryosuke*; Seto, Yusuke*; Shobu, Takahisa; Tominaga, Aki; Smillie, L.*; Pikuz, T.*; Haberl, B.*; Yabuuchi, Toshinori*; Togashi, Tadashi*; Inubushi, Yuichi*; Yabashi, Makina*; Juodkazis, S.*; Golberg, D. V.*; Rode, A. V.*; Ozaki, Narimasa*

固体表面に超相対論的強度のレーザーパルスを照射すると表面にプラズマが発生し、内部は超高圧状態になることが知られている。本研究ではシリコン単結晶に当該レーザーを照射し、内部に生成された高圧相の結晶構造分析をBL22XU(JAEA-BL)の応力・イメージングステーションの回折システムにより実施した。その結果、内部には体心、菱面体、六方晶、正方晶というシリコンが持つといわれている高圧相の存在が確認された。今後は、さらにデータの蓄積を図り、材料内部の構造、強度、機能性制御への発展を図っていきたいと考えている。

It is generally known that irradiating a solid surface with a laser pulse of ultra-relativistic intensity generates a plasma on the surface, which in turn creates an ultrahigh pressure inside. In this study, the crystal structure analysis of high-pressure phases generated inside silicon single-crystals irradiated by this laser was performed using the diffraction system at the Stress and Imaging apparatus of BL22XU, which is a JAEA-BL. The results obtained confirm the existence of high-pressure phases that silicon is said to possess: body-centered, rhombohedral, hexagonal, and tetragonal phases in the interior. We can get the results that the crystal structure of silicon polymorphs of being include body-centered, rhombohedral, hexagonal-diamond, tetragonal exists. In the future, we will accumulate data and apply them to control the internal structure, strength, and functionality of materials.