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2010 Fiscal Year Annual Research Report

超高速光パルス誘起ナノ界面プラズマによる周期構造形成

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions
Project/Area Number 22110506
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

宮崎 健創  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (50293957)

Keywordsフェムト秒レーザー / アブレーション / ナノ構造 / 近接場 / 表面プラズモン・ポラリトン / 界面プラズマ / 半導体 / レーザープロセッシング
Research Abstract

本研究の目的は,fsレーザーを照射することによって任意の誘電体と半導体の表面に過渡的に表面プラズモン・ポラリトン(SPP)を励起でき,それに伴う近接場によってナノ周期の界面プラズマが生成することを実証し,独自に開発してきたレーザー誘起ナノ周期構造生成の物理モデルを検証すること,及びSPPによる電荷のナノ周期分布がアブレーション痕として記録されるための条件を突き止めることである。
当該年度には,主に半導体(Si,GaAs,GaN,InP,InAs)及び誘電体(DLC)を標的として,異なる照射環境下でアブレーション実験とその計測を行い,開発モデルを適用して取得データの解析を行った。その結果,比較的融点の大きなSi,GaAs,及びGaNについては,アブレーション敷居値以下のフルーエンスFでレーザー波長の約1/5~1/4,及び~1/2の大小2種類のナノ周期構造が生成されることを発見し,その形成条件を明らかにした。特に水中のSiとGaAsについて,照射パルス数N,及びFの関数として表面構造の成長過程を追跡し,以下のナノ周期構造形成過程を初めて解明した。
十分に小さいFでfsレーザーパルスをSi表面に多重照射すると,表面に微細な凹凸がランダムに形成される。この凹凸で入射光が散乱・回折され,最初に比較的大きな周期d_L~400nmの構造が形成される。構造端では強い近接場が発生し、ほぼ同時に微細なナノ周期構造d_S~140nmの形成が始まる。二次的な現象が伴わなければ,一定のFではNの増加と共にd_Sの周期で表面が覆われるようになる。一方,Fが大きい場合には近接場の増大と共に熱的な融解が生じてd_Sが減少・消失してd_Lだけが記録される。すなわち、波長の約1/5~1/4に達する微細ナノ構造d_Sは,F<F_<th>かつ熱的融解を誘起しないFの領域でのみ形成される。
開発モデルを用いてSPP励起によるナノ周期構造の間隔を計算した。その結果,観測した微細なナノ周d_SはSPP励起による近接場の周期間隔と一致し,同モデルが半導体へ適用できることを実証した。

  • Research Products

    (18 results)

All 2011 2010

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (10 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Frictional properties of diamond-like carbon, glassy carbon and nitrides with femtosecond-laser-induced nanostructure2011

    • Author(s)
      N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi, E.Sentoku
    • Journal Title

      Diamond & Related Materials

      Volume: 20 Pages: 542-545

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Retrieving Angular Distributions of High-Order Harmonic Generation from a Single Molecule2011

    • Author(s)
      K.Yoshii, G.Miyaji, K.Miyazaki
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 106巻 Pages: 013904/1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast dynamics in strong-field interactions with molecules and solid surfaces-High-harmonic generation and nanostructuring-2011

    • Author(s)
      K.Miyazaki, G.Miyaji, K.Yoshii
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 7747巻(Invited) Pages: 774702/1-12

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shape control of nanostructured thin film surface in femtosecond laser ablation2010

    • Author(s)
      G.Miyaji, K.Miyazaki
    • Journal Title

      Applied Physics A, Materials Sci.and Proc.

      Volume: 98巻 Pages: 927-930

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of Surface Shape in Nanostructure Formed with Femtosecond Laser Pulses2010

    • Author(s)
      G.Miyaji, K.Miyazaki
    • Journal Title

      Journal of Laser Micro/Nanoengineering

      Volume: 5巻 Pages: 86-89

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of Rotational Temperature in a Molecular Beam with Femtosecond Laser Pulses2010

    • Author(s)
      K.Yoshii, G.Miyaji, K.Miyazaki
    • Journal Title

      Journal of Laser Micro/Nanoengineering

      Volume: 5巻 Pages: 121-124

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 超短パルス高強度レーザーによる超高速励起とダイナミクス計測:-配向分子からの高次高調波発生と表面のナノ構造形成-2010

    • Author(s)
      宮崎健創
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Society of Japan

      Volume: 53巻 Pages: 379-386

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フェムト秒レーザー誘起近接場による半導体表面のナノ構造生成2011

    • Author(s)
      藤田隼也, 吉藤貴一, 宮地悟代, 宮崎健創
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工大,厚木
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] 非断熱配向CO_2分子からの高次高調波発生信号2011

    • Author(s)
      小薗正典, 石井尚樹, 宮地悟代, 吉井一倫, 宮崎健創
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工大,厚木
    • Year and Date
      2011-03-25
  • [Presentation] フェムト秒レーザーによる表面ナノ加工技術2011

    • Author(s)
      宮地悟代, 宮崎健創
    • Organizer
      グローバルCOE「地球温暖化時代のエネルギー科学拠点」産学連携シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都テルサ,京都
    • Year and Date
      2011-03-08
  • [Presentation] フェムト秒レーザーパルスによるナノプラズマ生成と周期表面構造形成2010

    • Author(s)
      宮崎健創、宮地悟代
    • Organizer
      第27回プラズマ・核融合学会年会
    • Place of Presentation
      北海道大学,札幌(招待講演)
    • Year and Date
      2010-12-03
  • [Presentation] Nanostruture formation on semiconductor surfaces with femtosecond laser pulses2010

    • Author(s)
      G.Miyaji, J.Fujita, K.Miyazaki
    • Organizer
      Int.Symp.of Advanced Energy Science 2010, -Zero emission energy system-
    • Place of Presentation
      Kyoto Univ., Uji
    • Year and Date
      2010-11-18
  • [Presentation] High-order harmonic generation from nonadiabatically aligned molecules and applications2010

    • Author(s)
      K.Miyazaki, K.Yoshii, G.Miyaji
    • Organizer
      Int.Symp.of Advanced Energy Science 2010, -Zero emission energy system-
    • Place of Presentation
      Kyoto Univ., Uji
    • Year and Date
      2010-11-18
  • [Presentation] Nanostructuring of solid surfaces with periodically enhanced near-field in femtosecond laser ablation2010

    • Author(s)
      K.Miyazaki, G.Miyaji
    • Organizer
      Third German-Japanese Seminar on Nanophotonics
    • Place of Presentation
      Ilmenau, Germany(招待講演)
    • Year and Date
      2010-09-28
  • [Presentation] Ultrafast dynamics in strong-field interactions with molecules and solid surfaces-High-harmonic generation and nanostructuring-2010

    • Author(s)
      K.Miyazaki, G.Miyaji, K.Yoshii
    • Organizer
      16th International School of Quantum Electronics : "Laser Physics and applications
    • Place of Presentation
      Nesebar, Bulgaria(招待講演)
    • Year and Date
      2010-09-21
  • [Presentation] 超高速光パルス誘起ナノ界面プラズマによる周期構造形成2010

    • Author(s)
      宮崎健創
    • Organizer
      科研費新学術領域「プラズマナノ界面」AO3班研究会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都
    • Year and Date
      2010-08-21
  • [Presentation] Nanostruture formation process on semiconductor surface with femtosecond laser pulses2010

    • Author(s)
      G.Miyaji, J.Fujita, K.Miyazaki
    • Organizer
      Zero-Carbon Energy Kyoto 2010, The 2nd International Symposium
    • Place of Presentation
      Kyoto Univ., Uji
    • Year and Date
      2010-08-19
  • [Book] Zero-Carbon Energy Kyoto 2009 [Rotational temperature measurement in a Molecular Beam with High-Order Harmonic Generation]2010

    • Author(s)
      Ed.T.Yao [K.Yoshii, G.Miyaji, K.Miyazaki]
    • Total Pages
      161-165
    • Publisher
      Springer(Tokyo)

URL: 

Published: 2012-07-19  

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