超短パルスレーザー励起ナノ構造生成のアト秒ダイナミクスとその応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360034
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 宮崎 健創 京都大学, エネルギー理工学研究所, 研究員 (50293957)
• 研究分担者: 宮地 悟代 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30378905)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: フェムト秒レーザー / アブレーション / ナノ周期構造 / 表面プラズモン・ポラリトン / 近接場 / ナノ格子 / アト秒 / レーザープロセッシング

研究概要

フェムト秒レーザーパルス照射によって誘電体，半導体，金属の表面に形成されるナノ周期構造の成長過程を超高時間分解追跡し，周期構造が表面プラズモン・ポラリトン(SPP)の励起で形成されることを実証した。構造形成の物理モデルを構築し，SPP 励起過程を制御して大気中でナノ格子を能動的に創製できる新規のアブレーション手法の開発に成功した。また，同手法を基に短波長のレーザーを用いてナノ周期構造が微細化できることを検証した。以上により，レーザーを用いて，回折限界を超えるサイズのナノ格子を製作できる新規ナノプロセッシングの基礎を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanism and control of periodic surface nanostructure formation with femtosecond laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 雑誌名: Appl. Phys. A 巻: Vol.114, No.1 ページ: 177-185
  • DOI: 10.1007/s00339-013-8130-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanograting formation through surface plasmon fields induced by femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: Vol.114, No.15 ページ: 153108/1-6
  • DOI: 10.1063/1.4826078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of multiple shots of femtosecond laser pulses in periodic surface nanoablation (2013)
  • 著者名/発表者名: G.Miyaji and K.Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.103, No.7 ページ: 071910/1-4
  • DOI: 10.1063/1.4818818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond-laser-induced nanostructure formed on nitrided stainless steel (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Yasumaru, E.Sentoku, K.Miyazaki, and J.Kiuchi
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 巻: Vol.264 ページ: 611-615
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.10.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Periodic nanostructure formation on silicon irradiated with multiple low-fluence femtosecond laser pulses in water (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 雑誌名: Phys. Proc. 巻: Vol.39 ページ: 674-682
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2012.10.088
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Mechanism of femtosecondlaser - induced periodic nanostructure formation on crystalline silicon surface immersed in water (2012)
  • 著者名/発表者名: G.Miyaji, K.Miyazaki, K.Zhang, T.Yoshifuji, and J.Fujita
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: Vol.20, No.14 ページ: 14848-14856
  • DOI: 10.1364/OE.20.014848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructuring of Silicon surface with femtosecond - laser - induced near - asfield (2012)
  • 著者名/発表者名: G.Miyaji, K.Zhang, J.Fujita, and K.Miyazaki
  • 雑誌名: J. Laser Micro /Nanoengineering 巻: Vol.7 ページ: 198-201
  • DOI: 10.2961/jlmn/2012.02.0012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frictional properties of diamond-like carbon, glassy carbon and nitrides with femtosecond-laser-induced nanostructure (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi, and E.Sentoku
  • 雑誌名: Diamond & Related Materials 巻: Vol.20, No.4 ページ: 542-545
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2011.02.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast dynamics in strong - field interactions with molecules and solid surfaces - High-harmonic generation and nanostructuring - (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki, G.Miyaji and K.Yoshii
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: Vol.7747 ページ: 774702/1-12
  • DOI: 10.1117/12.881821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieving Angular Distributions of High - Order Harmonic Generation from a Single Molecule (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshii, G.Miyaji, and K.Miyazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: Vol.106, No.1 ページ: 013904/1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.013904
  • 査読あり
• [学会発表] Direct patterning of a nanograting with femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: 34th Prog. in Electromagnetics Res. Symp.
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 2013-08-15
• [学会発表] Imprinting of Nanogratings with Femtosecond - Laser - Induced Surface Plasmon Polaritons (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: 14th Int. Symp. on Laser Precision Microfabrication 3
  • 発表場所: Niigata
  • 年月日: 2013-07-25
• [学会発表] Imprinting of a Homogeneous Nanograting with Femtosecond Laser Ablation (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: 10th Conf. on Lasers and Electro - Optics Pacific Rim
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2013-07-02
• [学会発表] Patterning of a homogeneous periodic nanostructure with femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: Int. Symp. on Nanoscale Pattern Formation at Surfaces
  • 発表場所: Copenhagen
  • 年月日: 2013-05-27
• [学会発表] Nanograting Imprinted with Femtosecond - Laser - Induced Plasmonic Near-Field (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: European Conf. on Lasers & Electro-Optics
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] 極短パルスレーザーによる周期ナノ構造形成のダイナミクスと応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮崎健創
  • 学会等名: 第8回応物学会励起ナノプロセス研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2012-12-18
• [学会発表] Periodic nanostructure formation on silicon irradiated with multiple low - fluence femtosecond laser pulses in water (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: 7th Int. Conf. on Photonic Tech.
  • 発表場所: Furth, Germany
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] Ultrafast Dynamics of Periodic Nano-pattern Formation with Femtosecond Laser Pulses (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: Int. Conf. on Electronic Mat. 2012
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Periodic Nanopattern Formation on Si with Femtosecond - Laser - Induced Surface Plamon Polaritons (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki and G.Miyaji
  • 学会等名: 13th Int. Symp. on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2012-06-15
• [学会発表] Near-field ablation for periodic nanostructure formation on solid surfaces with femtosecond laser pulses (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Miyazaki
  • 学会等名: Second France - Japan Workshop on Nanophotonics
  • 発表場所: Toba
  • 年月日: 2011-11-08