Development of fabrication technique of ultra-fine metallic nanostructures by laser-induced photo-reduction applied with polarization

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02625
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 小野 篤史 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (20435639)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石飛 秀和 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (20372633)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レーザープロセシング / 光還元

Outline of Annual Research Achievements

フェムト秒パルスレーザーを用いたレーザープロセシング技術は，非熱的，マスクレスという特徴から，近年加工分野においてレーザー溶接や切断加工等の工業応用だけでなく，微細リソグラフィ等の電子デバイス応用など，様々な分野に展開されている．本研究は，フェムト秒パルスレーザー照射による非線形励起過程に，光還元反応プロセスを利用した金属微細構造パターニング技術に関する研究である．
レーザー集光照射内の微視領域における光還元反応に伴う金属析出過程の原理解明を目的とし，これまでに照射偏光および照射パターンの制御光学系を構築し，基材試料であるポリマーの光励起時の分子挙動モデルの構築，光励起状態の試料内の電子密度分布の解析に取り組んできた．
本年度は，円偏光１点照射により銀ナノリングが作製されることに対して，右周り円偏光，左周り円偏光がリング内径部の形成に反映されることを発見した．これは構造形成において，スピン角運動量が寄与していることを表す重要な知見である．
また軌道角運動量を有するラジアル偏光およびアジマス偏光を１点照射した場合，それぞれ銀ナノドット内部に，同心円状の亀裂と放射状の亀裂とが形成されることを世界で初めて発見した．これらは全て電場の振動が構造形成に寄与していることを示唆しており，電場振動すなわち偏光場を活用した新たな金属微細構造形成技術であるといえる．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

偏光場を反映した金属微細構造の作製に成功しており，本研究目的達成において極めて重要な成果が得られているため．

Strategy for Future Research Activity

各偏光場に対する電子密度分布を解析し，作製された金属構造との対応関係を評価する．さらに，銀イオンの含有比などを調製することによりさらなる微細化を目指す．また，銀だけでなく，銅やパラジウムなど新材料についても検討し，本技術のデバイス展開を図る．