| 研究概要 |
本研究の目的は,開発してきたレーザー誘起ナノ周期構造生成の物理モデルを検証し,同過程を制御する手法を開発することである。そのため,fsレーザー照射で任意の固体表面に過渡的に表面プラズモン・ポラリトン(SPP)を励起でき,その近接場によってナノ周期の界面プラズマが生成することを実証すると共に、ナノ周期分布がアブレーション痕として記録されるための条件を解明する。
当該年度には,fsレーザーパルスを用いたポンプ・プローブ計測法を開発し,主にシリコン(Si)を標的として周期ナノ構造のダイナミクスと緩和過程を調べた。まず,水中のSi表面に周期ナノ構造が生成される詳細な実験条件明らかにし,構築モデルを用いた物理過程で描写できることを示した。同結果を基に,ポンプ・プローブ法により,水及び大気中のSi表面の時間分解反射率測定を行った。結果を用いて,表面での自由電子密度の緩和過程を制御するための手法を研究した。
その結果,以下が明らかになった。すなわち,低フルーエンスでの多重パルス照射では,結晶Si(c-Si)表面の構造転移によってアモルファスSi(a-Si)への転移が徐々に進行する。a-Si密度の増大によって入射レーザーパルスは主にa-Si層で吸収されるようになり,a-Si層中で急速に電子密度が増大する。その結果,水とa-Siの界面,及びa-Siとc-Si層の界面でSPPが励起され,2種類の周期間隔でアブレーションが生じる。微細な周期ナノ構造(～150mm)が形成されるためには,c-Siからa-Siへの構造転移が非熱的に誘起され,さらに自由電子密度の急速な増大と緩和が進展する間,a-Siの融解温度以下に表面温度が維持されていることが必須である。
上記物理過程を制御する手法の開発に成功した。大気中でDLCおよびGaNの表面にほぼ完全なナノ格子を加工できることを実証し,ナノプロセッシングへの展望を拓いた。
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