フェムト秒レーザー光励起プラズマによるナノ構造の自発的形成

• Project Area: Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions
• Project/Area Number: 24110712
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 富田 卓朗 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (90359547)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: フェムト秒レーザー / アブレーション / ナノプラズマ / 軟X線プローブ / 多重量子井戸

Research Abstract

本研究ではフェムト秒レーザー照射に伴うナノ周期構造形成メカニズムを明らかにするためにナノプラズマの視点から研究を行った。フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブの時間分解反射率イメージング光学系を構築し、白金及び金のフェムト秒レーザーアブレーション過程を観測した。その結果、白金においては急激な軟X線反射率低下を示す強励起領域、比較的遅い反射率低下を示す中励起領域に加え、アブレーション閾値近傍でリング状の反射率低下が100 ps以内の時間スケールで観測された。これらの観測結果は、シミュレーションによって示された、vaporization、fragmentation、homogeneous nucleation、spallationの各プロセスと良い一致を示した。
また、金においてはシャドウグラフによって膨張表面を観測することに成功し、膨張表面の高さ、膨張速度、透過率、相対密度の時間発展を数100 nsの時間スケールで明らかにすることが出来た。また、1 ns以下の比較的早い時間領域では軟X線のニュートンリングを初めて観測することが出来た。ニュートンリングの解析から、各遅延時間における膨張表面の高さを推定することができ、被照射面の振動現象を見出した。この振動現象は分子動力学計算によっても裏付けることができた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 固体物性からみたレーザーアブレーション (2013)
  • Author(s): 富田 卓朗
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 89 Pages: 493-499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental verification of femtosecond laser ablation schemes by time-resolved soft x-ray reflective imaging (2012)
  • Author(s): Takuro Tomita
  • Journal Title: Optics Express Volume: 20 Issue: 28 Pages: 29329-29337
  • DOI: 10.1364/oe.20.029329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 軟X線レーザープローブによるアブレーションダイナミクスのイメージング (2012)
  • Author(s): 富田卓朗他
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 40 Pages: 592-597
  • NAID: 10030926177
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 軟X線レーザー干渉計による白金のフェムト秒レーザーアブレーションの初期過程 (2013)
  • Author(s): 錦野将元他
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学（神奈川県）
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 軟X 線レーザーで観るフェムト秒レーザーアブレーション過程の物質依存性 (2013)
  • Author(s): 江山剛史他
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学（神奈川県）
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 軟X線レーザーを用いた金属におけるレーザーアブレーションダイナミクスの観測 (2013)
  • Author(s): 富田卓朗他
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県）
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 軟X線レーザープローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の直接観測(Ⅱ) (2013)
  • Author(s): 長谷川登他
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県）
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] 軟X線レーザープローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測 (2013)
  • Author(s): 長谷川登他
  • Organizer: レーザー学会第33回年次大会
  • Place of Presentation: 姫路商工会議所（兵庫県）
  • Year and Date: 2013-01-30
• [Presentation] 軟X線レーザー干渉計測による白金のフェムト秒レーザーアブレーション (2013)
  • Author(s): 錦野将元他
  • Organizer: レーザー学会第33回年次大会
  • Place of Presentation: 姫路商工会議所（兵庫県）
  • Year and Date: 2013-01-28
• [Presentation] The reflective imaging of femtosecond laser ablation dynamics on platinum probed by plasma based soft x-ray laser (2012)
  • Author(s): T. Tomita et al.
  • Organizer: 11th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology and 25th Symposium on Plasma Science for Materials
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス（京都府）
  • Year and Date: 2012-10-04
• [Presentation] 軟X線イメージングによる閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの観測 (2012)
  • Author(s): 富田卓朗他
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学（神奈川県）
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 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過程の直接観測 (2012)
  • Author(s): 長谷川登他
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学（神奈川県）
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] GaAs/AlGaAs多重量子井戸におけるフェムト秒レーザーアブレーション (2012)
  • Author(s): 富田卓朗他
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県）
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Femtosecond laser ablation dynamics of platinum observed by soft x-ray reflective imaging (2012)
  • Author(s): T. Tomita et al.
  • Organizer: The 2012 Ultrafast Phenomena Conference
  • Place of Presentation: University of Lausanne (Switzerland)
  • Year and Date: 2012-07-12
• [Presentation] Single-shot soft x-ray reflective imaging of femtosecond laser ablation process on platinum (2012)
  • Author(s): T. Tomita et al.
  • Organizer: 5th AWCXR ISSP International Workshop on Coherent Soft-X-ray Sciences
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県）
  • Year and Date: 2012-06-28
• [Presentation] Development of the single shot soft x-ray interferometer for observation of the nanometer-scaled surface dynamics (2012)
  • Author(s): N. Hasegawa et al.
  • Organizer: 5th AWCXR ISSP International Workshop on Coherent Soft-X-ray Sciences
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県）
  • Year and Date: 2012-06-28
• [Presentation] Observation of laser ablation dynamics by soft X-ray imaging and interferometry (2012)
  • Author(s): T. Suemoto et al.
  • Organizer: 5th AWCXR ISSP International Workshop on Coherent Soft-X-ray Sciences
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県）
  • Year and Date: 2012-06-27
  • Invited
• [Presentation] Source development of laser-driven plasma x-ray lasers (2012)
  • Author(s): T. Kawachi et al.
  • Organizer: 5th AWCXR ISSP International Workshop on Coherent Soft-X-ray Sciences
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス（千葉県）
  • Year and Date: 2012-06-27
  • Invited
• [Presentation] Observation of the transient state of the femtosecond laser ablation phenomena on various metals
  • Author(s): T. Tomita, N. Hasegawa, M. Nishikino, T. Eyama, Y. Minami, R. Takei, M. Baba, T. Kaihori, T. Morita, Y. Hirano, T. Kawachi, M. Yamagiwa and T. Suemoto
  • Organizer: 8th International Conference on Reactive Plasmas 31st Symposium on Plasma Processing
  • Place of Presentation: Fukuoka Convention Center (Fukuoka)
• [Presentation] Time-resolved soft x-ray imaging of femtosecond laser ablation process in metals
  • Author(s): T. Tomita, M. Nishikino, N. Hasegawa, Y. Minami, R. Takei, M. Baba, T. Eyama, S. Takayoshi, T. Kaihori, T. Morita, Y. Hirano, T. Kawachi, M. Yamagiwa and T. Suemoto
  • Organizer: The 6th International Congress on Laser Advanced Materials Processing
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center (Niigata)
• [Presentation] 軟X線イメージングによる 金属表面におけるアブレーション過程の観測
  • Author(s): 富田卓朗, 江山剛史, 柿本直也, 長谷川登, 錦野将元，南康夫, 武井亮太, 馬場基芳, 大西直文, 羽富大起, 海堀岳史, 守田利昌,平野祐介, 河内哲哉, 山極満, 末元徹
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学 (神奈川)
• [Presentation] レーザーアブレーションダイナミクスのイメージング
  • Author(s): 富田卓朗
  • Organizer: 第9回励起ナノプロセス研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学東京キャンパス (東京)
  • Invited
• [Remarks] 徳島大学教育研究者総覧(富田卓朗)
  • URL: http://pub2.db.tokushima-u.ac.jp/ERD/person/82121/profile-ja.html