超短パルス軟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初期過程の解明

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25390103
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 長谷川 登 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究職 (50360409)
• 研究分担者: 錦野 将元 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (70370450) ; 石野 雅彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (80360410) ; 難波 愼一 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00343294)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: フェムト秒レーザーアブレーション / 超高速現象の時間分解計測 / 軟Ｘ線プローブ計測 / 軟Ｘ線干渉計測 / 軟Ｘ線顕微鏡

研究概要

平成25年度は、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における軟Ｘ線光学系の改良を行い、従来の約3倍の0.6μm程度の空間分解能を得る事に成功した。軟Ｘ線レーザープローブは、物質の表面を選択的に観測する為に最適な波長（14 nm）、10 ps以下のパルス幅、1ショットで観測可能な十分な強度を有しており、従来は観測が困難であったフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測に適している。我々は照射レーザーの空間プロファイルをガウス波形とすることで、空間に対して連続的に照射強度を変化させてアブレーション過程の照射強度依存性を観測している。この場合、軟Ｘ線光学系の空間分解能は照射強度の分解能に相当する。フェムト秒レーザーアブレーション過程は照射強度に極めて敏感であり、我々は今までにアブレーション閾値近傍の照射強度でのみ観測される特異的な現象の観測に成功している。これは、アブレーション閾値近傍では、他の強度領域よりもアブレーションが特異的に早く進行するために生じる現象であり、物質の表面のみを選択的に観測する軟Ｘ線レーザープローブにより初めて観測可能となった。今回改良した装置により、アブレーション閾値近傍における照射強度の精密な観測が可能なり、複数の金属試料（Pt, W）に対して先に挙げた現象の計測に成功した。本結果は、フェムト秒レーザーアブレーションの初期過程を表しており、理論シミュレーションと比較する事でアブレーション過程の解明が可能となる事が期待される。

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

平成25年度は、軟Ｘ線の像転送光学系の改良に成功し、これを用いて新たなデータの取得にも成功しており、当初予定した計画通りに進行している。

今後の研究の推進方策

来年度は、本年度に行った軟Ｘ線反射計測に加えて、軟Ｘ線干渉計測を行うことで、表面のナノメートルスケールの凹凸の成長過程の観測を行う。更に国内外の理論シミュレーションチームとの議論を開始し、我々が得たデータとの詳細な比較を行う予定である。

次年度の研究費の使用計画

本年度は計画の始めの年であるため、本計画の最も重要な部分である軟Ｘ線用の像転送用光学系の改造に予算及び時間のリソースを集中した。結果として十分な成果を得る事に成功したため、来年度の研究成果報告の為の旅費他のために本年度の予算の一部を温存する事とした。
本年度の余剰予算は、来年度の旅費、及び成果報告の為の予算として使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Nano-meter scale modifications on material surfaces induced by soft x-ray laser pulse irradiations (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Ishino, Anatoly Faenova, Momoko Tanakaa, Satoshi Tamotsu, Tatiana Pikuza, Noboru Hasegawaa, Masaharu Nishikinoa, Nail Inogamov, Igor Skobelev, Vladimir Fortov, Genri Normanb, Sergey Starikovb, Vladimir Stegailovb, Takeshi Kaihori,Tetsuya Kawachi, and Mitsuru Yamagiwaa
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8849 ページ: 88490F-1-8
• [雑誌論文] Nano-meter size modification of metal surfaces induced by soft x-ray laser single pulse (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Ishino, Anatoly Faenov, Momoko Tanaka, Tatiana Pikuz, Satoshi Tamotsu, Noboru Hasegawa, Masaharu Nishikino, Sergei Starikov, Vladimir Stegailov, Genry Norman, Vladimir Fortov, Igor Skobelev, Takeshi Kaihori, and Tetsuya Kawachi.
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics (X-Ray Lasers 2012) 巻: 147 ページ: 121-124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the nano-scale surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft x-ray imaging technique (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nishikino, N. Hasegawa, T. Tomita, Y. Minami, R. Takei, M. Baba, T. Eyama, S. Takayoshi, T. Kawachi, D. Hatomi, N. Ohnishi, M. Yamagiwa, and T. Suemoto
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8849 ページ: 88490E-1-6
• [雑誌論文] Development of Soft X-ray microscopy using Fresnel Zone Plate for Observation of Laser-Induce Surface Dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nishikino, M. Baba, T. Suemoto, N. Hasegawa, M. Ishino, T. Kaihori, T. Kawachi, M. Yamagiwa
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics (X-Ray Lasers 2012) 巻: 147 ページ: 199-202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft x-ray laser probe (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hasegawa, Y. Ochi, T. Kawachi, M. Nishikino, M. Ishino, T. Imazono, T. Kaihori, T. Morita, A. Sasaki, K. Terakawa, Y. Minami, M. Baba, T. Tomita, M. Yamamoto, M. Yamagiwa and T. Suemoto
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics (X-Ray Lasers 2012) 巻: 147 ページ: 117-120
  • 査読あり
• [学会発表] Observation of the surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft x-ray imaging technique (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Nishikino
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Science and Applications
  • 発表場所: 奈良市新公会堂
  • 年月日: 20130908-20130913
• [学会発表] ピコ秒からサブマイクロ秒時間領域における金属のフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの観測
  • 著者名/発表者名: 長谷川登
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県徳島市）
• [学会発表] 軟Ｘ線レーザーを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測 I
  • 著者名/発表者名: 長谷川登
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
• [学会発表] 軟Ｘ線レーザープローブを用いた金属の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
  • 著者名/発表者名: 長谷川登
  • 学会等名: レーザー学会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（北九州市小倉）
• [学会発表] A study of the femto-second laser ablation process in metals by using a single shot soft x-ray laser probe
  • 著者名/発表者名: 長谷川登
  • 学会等名: The 12th AsianPacific Physics Conference
  • 発表場所: 千葉市幕張メッセ
• [学会発表] TPD型放電を用いた大気圧カスケードアークプラズマの発生
  • 著者名/発表者名: 難波愼一
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
• [学会発表] Observation of the nano-scale surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft x-ray imaging technique
  • 著者名/発表者名: Masaharu Nishikino
  • 学会等名: SPIE Optical Engineering + Applications
  • 発表場所: San-Diego, USA
• [学会発表] 軟X線レーザーによる金のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測
  • 著者名/発表者名: 錦野 将元
  • 学会等名: レーザー学会 学術講演会第 34 回年次大会
  • 発表場所: 北九州市小倉
• [学会発表] Nano-meter scale modifications on material surfaces induced by soft x-ray laser pulse irradiations
  • 著者名/発表者名: Masahiko Ishino
  • 学会等名: SPIE Optical Engineering + Applications
  • 発表場所: San-Diego, USA
• [学会発表] 軟Ｘ線レーザーを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測 I
  • 著者名/発表者名: 錦野 将元
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）