高輝度コヒーレント軟Ｘ線による新しい超微細レーザー加工技術の確立

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289244
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 河内 哲哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 室長代理 (40343941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PIKUZ Tatiana 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究職 (20619978) [Withdrawn] ; 長谷川 登 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究職 (50360409) ; 錦野 将元 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (70370450) ; 石野 雅彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (80360410)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 材料加工、処理 / 量子ビーム / 高性能レーザー / 高輝度Ｘ線

Outline of Annual Research Achievements

H25年度に整備した軟Ｘ線レーザー照射装置を用いて、金、アルミ、銅を対象に表面のナノ構造形成に最適な照射フルエンスによる照射を行い、照射後の表面の溶融状態をAFM等を用いて解析することにより、微細加工への影響を調べた。

フェムト秒紫外線プローブシステムを完成させ、高輝度軟Ｘ線照射時の様々な試料（金属、半導体）の表面形状変化の時間変化を紫外線スペックル計測する準備を行うとともに、その前段階として軟Ｘ線レーザー照射時の表面からの可視～紫外域の発光の測定を行い、試料表面の温度を評価した。実験結果の解析を理論グループとの協力により進め、軟Ｘ線パルス照射時の表面固体密度プラズマのプラズマパラメータを推定した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

50nmの微細加工の実証は今年度中に実施できなかったが、軟Ｘ線レーザー加工による周辺部の溶融が微細加工に与える影響については定量的に評価することができた。また、表面状態のフェムト秒紫外線プローブの計測系の準備はほぼ計画通りに進んでおり、軟Ｘ線レーザー照射時の試料表面変化の時間発展計測とデータ解析に向けた理論モデル構築の目処がついた。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り、50nmの分解能の微細加工の実証をめざすとともに、軟Ｘ線レーザー照射時の試料表面の変化の時間発展の計測とその物理の理解をめざす。

Causes of Carryover

研究期間中に予定している微細加工の実証及び試料表面変化の時間発展計測等を実施するためには、多数の試料等の消耗品を調達する必要が生じることが平成２６年度に判明した。そこで、調達する試料の種類や厚み、基盤の材質、員数等の仕様等の検討を進めたが、今年度得られた実験結果の詳細な解析後でなければ仕様決定ができないことが分かったので、予算の効率的な利用の観点から、やむなくH２６年度の予算の一部を繰り越すこととした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

これまでに取得したデータを基に詳細な解析を行った上で、軟Ｘ線レーザー照射用の試料の仕様を決定し、それらの試料の購入に充当する。

Research Products

• [Journal Article] Hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse: simulations and the optical pump, x-ray probe experiment (2015)
  • Author(s): N.A. Inogamov, V. Zhakhovsky, N. Hasegawa, M. Nishikino, M. Yamagiwa, M. Ishino, M. Agranat, S. Ashitokov, A. Faenov, V. Khokolov, D. Ilnitski, Yu Petrov, K. Migdal, T. Pikuz, S. Takayoshi, T. Eyama, N. Kakimoto, T. Tomita, M. Baba, Y. Minami, T. Suemoto, and T. Kawachi
  • Journal Title: Applied Physics B Volume: online Pages: 1-7
  • DOI: 10.1007/s00340-015-6039-7
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Very low temperature in warm dense matter formed by focused picosecond soft x-ray laser pulses (2014)
  • Author(s): M. Ishino, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Pikuz, I. Skobelev, A. Faenov, N. Inogamov, T. Kawachi and M. Yamagiwa
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 116 Pages: 183302-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4901943
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Surface nano-structure produced by spallation of metal irradiated by ultrashort laser pulse (2014)
  • Author(s): N. Inogamov, V. Zhakhovsky, S. Ashitkov, Yu. Emirov, A. Faenov, T. Pikuz, M. Ishino, M. Kando, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Kawachi, M. Agranat, A. Andriash, S. Kuratov, I. Oleynik
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference series Volume: 500 Pages: 112070-1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/500/11/112070
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultrafast lasers and soild in highly excited states: results of hydrodynamics and molecular dynamics simulations (2014)
  • Author(s): N. Inogamov, V. Zhakhovsky, V. Khokholov, S. Ashitkov, Yu. Emirov, K. Khichshenko, A. Faenov, T. Pikuz, M. Ishino, M. Kando, N. Hasegawa, M. Nishikino, P. Komarov, B. Demaske, M. Agranat, S. Anisimov, T. Kawachi , I. Oleynik
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference series Volume: 510 Pages: 012041-1-15
  • DOI: 10.1088/1742-6596/510/1/012041
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 軟X線レーザーの集光照射による表面ナノ加工 (2015)
  • Author(s): 石野 雅彦、圓山 桃子、長谷川 登、錦野 将元、保 智己、Faenov Anatoly、Pikuz Tatiana、河内 哲哉、山極 満
  • Organizer: 第62回応用物理学会春期学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学、神奈川県
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-11
• [Presentation] Source development and applications of coherent x-rays and energetic particle beam using high peak power lasers (Plenary talk) (2015)
  • Author(s): T. Kawachi
  • Organizer: The 17th Zvenigorod international conference on plasma physics and controlled fusion
  • Place of Presentation: Zvenigorod, Moscow, Russia
  • Year and Date: 2015-02-08 – 2015-02-13
  • Invited
• [Presentation] Zeeman splitting of laser-driven soft x-ray laser line by the enhancement of magnetic field in plasma (2014)
  • Author(s): T. Kawachi, N. Hasegawa, A. Iwamae, and H. Yoneda
  • Organizer: The 22nd International conference on spectral line shapes
  • Place of Presentation: Tennessee, USA
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-06
  • Invited
• [Presentation] Progress and prospects of coherent x-ray research using high power lasers in JAEA (2014)
  • Author(s): T. Kawachi, M. Nishkino, A. Sasaki, M. Ishino, N. Hasegawa, T. Imazono, T. Pikuz, A. Faenov, M. Magnitskiy, M. Matuyama, T. Tomita, T. Suemoto, A. Pirozhkov, S. Bulanov, H. Kiriyama, M. Kando, M. Yamagiwa, K. Kondo, P. Bolton and Y. Kato
  • Organizer: The 14th International Conference on X-ray lasers
  • Place of Presentation: Fortcollins, CO, USA
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30
  • Invited
• [Presentation] Observation of Weakly Excited Ablation Dynamics with Femtosecond laser by using Time-resolved soft x-ray imaging technique (2014)
  • Author(s): M. Nishikino, N. Hasegawa, T. Eyama, N. Kakimoto, T. Tomita, D. Hatomi, N. Ohnishi, A. Ito, Y. Minami, M. Baba, T. Kawachi, M. Yamagiwa, T. Suemoto
  • Organizer: The 14th International Conference on X-ray lasers
  • Place of Presentation: Fortcollins, CO, USA
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30
  • Invited