2014 Fiscal Year Research-status Report
超短パルス軟Ｘ線プローブによるフェムト秒レーザーアブレーション初期過程の解明
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25390103
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
難波 愼一 広島大学, 工学研究院, 教授 (00343294)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザーアブレーション / 超高速現象の時間空間分解計測 / 軟Ｘ線プローブ計測 / 軟Ｘ線干渉計測 / 軟Ｘ線顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年度は、平成２５度に開発した「軟Ｘ線レーザープローブによる物質表面の時間空間分解計測システム」を用いて、複数の物質に対してフェムト秒レーザーアブレーション過程を観測し、それらの比較を行った。特筆すべきは、軟Ｘ線反射像計測におけるニュートンリングの観測に世界で初めて成功したことである。特に金をサンプルとした場合に顕著な結果が得られており、レーザー照射後２００ピコ秒から８００ピコ秒の長時間に渡ってニュートンリングが観測された。これは、アブレーション過程において、固体もしくは液体面の上方に薄膜が形成され、軟Ｘ線に対するビームスプリッターとして機能していることを意味している。このニュートンリングの輝度を解析することにより、極めて精度の高い薄膜（密度が固体の５０％以上、厚さ１０ナノメートル以下、面粗さ数ナノメートル以下）が得られていることが判明した。サンプルをプラチナ、もしくはタングステンとした場合には、ニュートンリングは、照射強度、時間帯ともに限定的な条件でのみ観測されており、また、薄膜の精度も金と比較して劣っている。更に、軟Ｘ線干渉計測による観測結果と比較することにより、金をサンプルとした場合において、薄膜がレーザー照射の約２００ピコ秒後に固体面から剥離する様子を観測することにも成功している。薄膜の膨張速度はレーザーの照射強度に強く依存していることが実験により示されており、照射パターンを制御することで任意の形状の過渡的な軟Ｘ線光学素子の形成の可能性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度は、去年度に開発した「軟Ｘ線レーザープローブによる物質表面の時間空間分解計測システム」を用いて、フェムト秒レーザーアブレーション過程を複数の物質に対して観測することに成功しており、ほぼ計画通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、照射レーザーの空間プロファイルに対する薄膜の形状の変化を観測することで、新しい過渡的な光学素子の形成手段としてのフェムト秒レーザーアブレーション過程の可能性を調査する。更に理論シミュレーションとの詳細な比較を行うことで、フェムト秒レーザーアブレーション過程のメカニズムを議論する予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度は、去年度に開発した「軟Ｘ線レーザープローブによる物質表面の時間空間分解計測システム」の改造に関わる諸費用を最小限に抑えつつ、十分な成果を得ることに成功した。今までに得られた結果を元に国内外の複数の理論研究者との議論を行うことが改めて必要であることが判明したので、それを行う為の予算として本年度の予算の一部を使用せず、次年度へ残すことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度では、今までに得られた実験結果を理論計算と比較する為に、外部の理論研究者との打ち合わせを複数回に渡り行う必要が有る。本年度の余剰予算は、その旅費、及び外部への成果報告の為の予算として使用する予定である。
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Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Time-Resolved Soft X-Ray Imaging of Femtosecond Laser Ablation Processes on Metals2014
Author(s)
Takuro TOMITA, Masaharu NISHIKINO, Noboru HASEGAWA, Yasuo MINAMI, Ryota TAKEI, Motoyoshi BABA, Takashi EYAMA, Shodai TAKAYOSHI, Takeshi KAIHORI, Toshimasa MORITA, Yusuke HIRANO, Tetsuya KAWACHI, Mitsuru YAMAGIWA and Tohru SUEMOTO
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Journal Title
Journal of Laser Micro/Nanoengineering
Volume: 9
Pages: 137, 142
Peer Reviewed
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[Journal Article] Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft x-ray laser probe2014
Author(s)
N. Hasegawa, Y. Ochi, T. Kawachi, M. Nishikino, M. Ishino, T. Imazono, T. Kaihori, T. Morita, A. Sasaki, K. Terakawa, Y. Minami, M. Baba, T. Tomita, M. Yamamoto, M. Yamagiwa and T. Suemoto
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Journal Title
Springer Proc. in Phys.
Volume: 147
Pages: 117, 120
Peer Reviewed
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[Journal Article] Soft picosecond X-ray laser nanomodification of gold and aluminum surfaces2014
Author(s)
S. V. Starikov, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, I. Yu. Skobelev, V. E. Fortov, S. Tamotsu, M. Ishino, M. Tanaka, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Kaihori, T. Imazono, M. Kando, T. Kawachi
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Journal Title
Applied Physics B
Volume: 116
Pages: 1005, 1016
Peer Reviewed
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[Journal Article] Nano-meter size modification of metal surfaces induced by soft x-ray laser pulse2014
Author(s)
M. Ishino, A. Faenov, M. Tanaka, T. Pikuz, S. Tamotsu, N. Hasegawa, M. Nishikino, S. Starikov, V. Stegailov, G. Norman, V. Fortov, I. Skobelev, T. Kaihori, and T. Kawachi
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Journal Title
Springer Proceedings in Physics
Volume: 147
Pages: 121, 124
DOI
Peer Reviewed
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