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2017 年度 実施状況報告書

自由電子レーザーによるLIPSS発現の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K18989
研究機関大阪大学

研究代表者

入澤 明典  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (90362756)

研究分担者 長島 健  摂南大学, 理工学部, 准教授 (60332748)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワードFEL / THz / FIR / LIPSS / nonlinear
研究実績の概要

大阪大学産業科学研究所附属の量子ビーム科学研究施設にある遠赤外・テラヘルツ領域の自由電子レーザー(THz-FEL)を用いて、半導体Siウエハ上に波長未満の微細構造であるレーザー励起周期表面構造(LIPSS: Laser Induced Periodic Surface Structure)の形成をおこなった。従来の近赤外領域(NIR)のレーザーで見られるLIPSSに比べ、THz-FELではLIPSS間隔が約1桁小さい波長比を示し、NIRレーザーで提案されてきたLIPSS発現機構が適用不可能であることが分かった。これにより新しい発現機構の構築が必要となった。LIPSS間隔とレーザーの様々なパラメータの間にどのような関係性があるのか詳しく調べるために、THz-FELの波長、強度、パルス数を系統的に変化させてSi表面に照射し、LIPSS間隔のパルス数依存性に自己組織化臨界現象で見られるスケール則が成り立っていることを発見した。これらの結果より、レーザー波長によらないユニバーサルなLIPSS発現機構の発見につながることが期待できる。以上を国内学会(日本物理学会、放射光学会、FEL研究会、他)、国際会議・セミナー(WIRMS2017, superstripes2017, Seminarlndustriali2018, etc)で発表するとともに(招待講演含む)原著論文として出版した[1]。
[1] A. Irizawa et al., Appl. Phys. Lett. 111, 251602 (2017)

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

THz-FELによるSi基板表面に形成されたLIPSSについて実験考察をおこない、第1報として原著論文の形でまとめた。国内学会および招待講演を含む国際会議での講演をおこなった。スケーリング則からLIPSS形成のメカニズムとして非線形領域での自己組織化臨界現象の可能性を示し、レーザー波長によらないLIPSS間隔の法則性を調べる必要性を提言した。

今後の研究の推進方策

LIPSS形成されたSi表面の破断面の観測や結晶性の変化など微視的状態を観測する。様々な物質に対する実験、および中赤外(MIR)FELなどの波長の異なる光源による実験をおこなう。LIPSS形成過程につて考察をおこなう。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた調達物品よりも高性能なもの(高速応答、高時間分解能)を新たに計画していることと、これにより実験精度の向上が見込めるため、予備実験をおこなっていることにより最終的な調達に遅れが生じていることが理由である。また、国際会議での招待講演依頼が複数生じたため、開催年度に合わせた旅費使用を計画していることも理由である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] INFN/Universita di Roma - La Sapienza(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      INFN/Universita di Roma - La Sapienza
  • [雑誌論文] Laser-induced fine structures on silicon exposed to THz-FEL2017

    • 著者名/発表者名
      Irizawa Akinori、Suga Shigemasa、Nagashima Takeshi、Higashiya Atsushi、Hashida Masaki、Sakabe Shuji
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 111 ページ: 251602~251602

    • DOI

      10.1063/1.5006014

    • 査読あり
  • [学会発表] Nonlinear Phenomena on Solids by Using THz-FEL2018

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      ICSM2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear phenomena on semiconductors by THz-FEL irradiation2018

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      LEES2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ISIR THz-FELを用いた物質の非線形応答2018

    • 著者名/発表者名
      入澤明典、長島健、東谷篤志
    • 学会等名
      日本放射光学会
  • [学会発表] 赤外領域のFELを用いた固体物性研究2018

    • 著者名/発表者名
      入澤明典
    • 学会等名
      FELとHigh Power Radiation研究会
  • [学会発表] 遠赤外テラヘルツ領域の自由電子レーザーによる半導体非線形応答2018

    • 著者名/発表者名
      入澤明典, 菅滋正, 長島健, 東谷篤志, 橋田昌樹, 阪部周二
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Synchronous 2D scanning on materials using pulsed THz-FEL2017

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      WIRMS2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of solid state physics by using FEL2017

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      The 8th International Symposium of Advanced Energy Science
    • 招待講演
  • [学会発表] Applications of THz-FIR radiation sources2017

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      2nd International workshop on CSR and free electron lasers from ultra short bunch electron beam
  • [学会発表] Metal-Insulator transition in calsium ferrite compounds2017

    • 著者名/発表者名
      Akinori Irizawa
    • 学会等名
      superstripes2017
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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