コヒーレント軟X線を用いた高空間・高時間分解顕微干渉イメージングシステムの開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25286086
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 軟X線レーザー / 顕微計測 / 時間分解測定 / フェムト秒レーザーアブレーション / シングルショット計測

研究実績の概要

前年度から引き続き、フェムト秒レーザーポンプ(波長795 nm、パルス時間幅80 fs)・ピコ秒軟X線レーザープローブの時間分解計測システムを用いた測定結果の解析を行った。特に、本年度では軟X線の干渉計測の結果を分析し、反射率計測に基づくシャドウグラフによって明らかになった入射レーザー光の空間強度分布と強い相関をもった、剥離薄膜形状が、数10 psから数100 psの早い時間領域でどのように形成されるかを明らかにした。
まず、ポンププローブ法の反射率計測によってフェムト秒レーザー光を金属薄膜(タングステン、金、白金)に照射することよって生じる剥離薄膜の観察を行った。試料の金属薄膜は表面の平坦性を確保するため、石英基板等に蒸着を行って作製した。フェムト秒レーザー照射後100ピコ秒から300ピコ秒程度の時間帯においてニュートンリング、50ナノ秒から300ナノ秒程度の時間帯において楕円形の低反射率部が観察できた。ニュートンリングはこの薄膜で反射した軟X線と試料表面つまり、加工された凹部の底面で反射した軟Ｘ線との干渉によって発生したと考えられる。この結果は、これまであらゆる状況下で観測されてきたニュートンリングの中で最も短波長の電磁波領域におけるニュートンリングの観察に成功したことになる。
干渉計測では19ピコ秒でフェムト秒レーザー照射部の中央付近が左方向にシフトし、71ピコ秒でそのシフト量が増加していることが明らかになった。その後、260ピコ秒では黒い円盤の淵付近で左側へ、中央付近で右側へシフトしていることがわかる。この干渉像を解析することによって、フェムト秒レーザー照射後、試料表面は一度膨張した後にへこんでいくことを見出した。この結果から反射率像によって得られた剥離薄膜の持続的な膨張とは対照的に試料表面は比較的早い時間帯からへこみはじめることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The Shape of The Exfoliated Surface during Femtosecond Laser Ablation (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kakimoto, T. Eyama, R. Izutsu and T. Tomita
  • 雑誌名: Journal of Laser Micro/Nanoengineering 巻: 11 ページ: 91-94
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.01.0017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse: simulations and the optical pump-X-ray probe experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: N. A. Inogamov, V. V. Zhakhovsky, N. Hasegawa, M. Nishikino, M. Yamagiwa, M. Ishino, M. B. Agranat, S. I. Ashitkov, A. Ya. Faenov, V. A. Khokhlov, D. K. Ilnitsky, Yu. V. Petrov, K. P. Migdal, T. A. Pikuz, S. Takayoshi, T. Eyama, N. Kakimoto, T. Tomita, M. Baba, Y. Minami, T. Suemoto and T. Kawachi
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS B-LASERS AND OPTICS 巻: 119 ページ: 413-419
  • DOI: 10.1007/s00340-015-6039-7
  • 査読あり
• [学会発表] フェムト秒レーザー照射による SiC 上へのオーミック電極作製の可能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 富田 卓朗
  • 学会等名: 日本金属学会中四国支部 第54回材質制御研究会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] タングステンにおけるアブレーション過程のフルエンス依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柿本 直也, 井筒 類, 富田 卓朗
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] 軟X線干渉計測を用いたタングステンにおけるアブレーション過程の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柿本 直也, 井筒 類, 富田 卓朗
  • 学会等名: 2015年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2015-08-01 – 2015-08-01
• [学会発表] 軟X線シャドウグラフを用いたタングステンにおけるアブレーション過程の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井筒 類, 柿本 直也, 富田 卓朗
  • 学会等名: 2015年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2015-08-01 – 2015-08-01
• [学会発表] SiC基板への回路描画を目指したフェムト秒レーザー改質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 板東 洋太, 直井 美貴, 富田 卓朗
  • 学会等名: 2015年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2015-08-01 – 2015-08-01
• [学会発表] The Shape of The Exfoliated Surface during Femtosecond Laser Ablation (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kakimoto, Takashi Eyama, Rui Izutsu and Takuro Tomita
  • 学会等名: The 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing
  • 発表場所: KITAKYUSHU INTERNATIONAL CONFERENCE CENTER (福岡県北九州市)
  • 年月日: 2015-05-26 – 2015-05-29
  • 国際学会
• [備考] 徳島大学理工学部理工学科電気電子システムコース物性デバイス大講座
  • URL: http://www.ee.tokushima-u.ac.jp/Research/aMDS/MDS_res.html