2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of pulsed laser deposition using free electron infrared laser
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19K22132
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
中嶋 宇史 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 准教授 (60516483)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 赤外自由電子レーザー / パルスレーザー堆積法 / アブレーション / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、赤外自由電子レーザー(Free electron laser: FEL)を光源とした新たなパルスレーザー堆積法を確立し、有機物薄膜を高品質に成膜させる技術を創出することを目的に進められた。従来、酸化物や金属薄膜の成膜において、エキシマレーザー(波長193 nm, 248 nm)やNd:YAGレーザー(266 nm, 355 nm)を光源としたパルスレーザー堆積法が用いられ、結晶性が精緻に制御された高品質膜が得られることが知られている。一方で、同手法を有機物に対して用いた場合、分子構造を破壊することなく成膜することは極めて困難である。FELは、加速された電子ビームをアンジュレーターによって波長を可変し出力可能である。特定のレーザー媒質を必要としないことから、他のレーザーでは得ることが困難な波長域での照射が可能である。さらにピコ秒領域での短パルスを高出力で発振可能であるため、材料の格子振動のエネルギーが熱として散逸するよりも短い時間で特定のエネルギー吸収を実現することができる。即ち、照射対象となる有機材料の分子内および分子間の結合を選択的に分離することが期待される。このような背景のもと、京都大学エネルギー理工学研究所のKU-FELを用いて、ターゲットを設置したチャンバー内に赤外自由電子レーザー光を導入し、薄膜を形成する実験を行った。照射対象とする有機材料は代表的な高分子圧電材料として知られるポリフッ化ビニリデン(PVDF)と熱電材料として注目されている単層カーボンナノチューブ（SWCNT）で実験を行った。照射波長および照射時間を系統的に変えながら、アブレーション条件下で成膜を行ったところ、平均膜厚100nm以下の薄膜を形成することに成功した。FELを用いたパルスレーザー堆積法による成膜が可能であると結論づけるとともに、その成膜のための諸条件を明らかにすることができた。
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