2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the laser processing simulation method
| Project/Area Number |
17K05089
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
乙部 智仁 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (60421442)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70560126)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | レーザー加工 / 第一原理計算 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
電子ダイナミクスを実時間で記述する時間依存密度汎関数法(TDDFT)と電磁場ダイナミクスを記述するマックスウェル方程式を同時に解く事ができるプラグラムSLMONを利用してSiのレーザー加工におけるレーザー波長依存性を調べた。まずレーザーによる励起した電子と空孔の温度をフィッティングから最表面では非常に高い電子温度となるが深い場所では一定の温度となる事が分かった。また、励起電子密度はレーザー波長が長くなるに従い、深い領域まで分布する事が分かった。励起電子密度によるプラズマ振動数がレーザー振動数と一致する深さを調べてみると、系統的に物質中でのレーザー波長の半分になる事が分かった。
レーザー電場による過渡的な物性変化を理解するために、TDDFTを用いて超高速なポッケルス様効果をZnSについて調べた。バンドギャップより低いエネルギー領域ではこれまでのポッケルス効果同様に励起光の電場方向に追随した時間変化が見られるがそれより高いエネルギー領域では変化に位相のずれが見られる事が分かった。このずれは動的FranzーKeldysh効果で見られる位相のずれと一致しておりフロケ状態に分裂した状態間の応答がポッケルス様効果に於いても重要な役割を果たしている事が分かった。
材料がレーザー照射を受け，電子が励起されたことによる電子エントロピーの効果がレーザーアブレーションにおいて材料表面にいかなる影響を及ぼすか調べるため以下を行った．本課題で開発したレーザーアブーれション分子動力学シミュレーションコードに，電子エントロピー効果を取り入れたシリコン系力場を実装した．電子エントロピー効果を取り込んだシミュレーションの解析を行い，エントロピーの寄与はレーザー照射初期の表面近傍の圧縮応力の大幅な増大と原子状のアブレーションを引き起こすことが分かった．
|
