Acceleration of understanding and prediction of laser-induced materials reformation by cooperated works of theory and experimental measurements

通过理论和实验测量的合作加速对激光诱导材料改性的理解和预测

• 批准号: 22K03489
• 负责人: 宮本 良之
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03489/
• 关键词: 時間依存密度汎関数理論; フェムト秒レーザー; 表面ステップ; 偏光依存性; レーザープロセス; 熱非平衡過程; 第一原理計算; フラグメントイオン計測技術; 固液界面

銅(Cu)(111)表面の原子1層分のステップ構造において、レーザー偏光方向がステップ辺に垂直なほうが著しく高い運動エネルギーを格子に与えることが分かった。アルミニウムでも同等の結果を得、Cuのd軌道が関与した現象ではないことを確認した。また、レーザー入射角依存性を検証した結果、レーザー電場強度の表面平行成分がレーザー照射後のダイナミクスを決定していることを見出し、これらの結果を2023年3月の物理学会で口頭発表し論文を投稿した。(論文は2023年4月に受理された。)また、予定にはなかったが、波長266nmのフェムト秒レーザーによる酸化グラフェンの還元プロセスが近年注目されていたのでその機構を調べ、実験で用いられたレーザー条件に合わせたシミュレーションを行うと、水酸基のほうが脱離しやすいことが分かり、実験の解釈を再考する必要がある。この結果は物理学会の2023年3月の講演会で口頭発表した。分担研究者（大村）は、レーザーパルスによる高密度エネルギー散逸過程を原子レベルで追跡できるフラグメントイオン計測装置において、レーザーパルス照射光学系の整備を行い、連続波長可変光源に対応するため、ハーフミラーや偏光素子を広帯域（300-1000nm）に対応したものに変更した。これによりワイドギャップ半導体などの材料について、バンド端近傍で共鳴または非共鳴条件の条件で、レーザーアブレーション効果の差異が観測可能になった。分担研究者（石川）はパルスレーザーを物質に照射する実験系にて、フロー照射装置のノズル部分の整備を行うことで、従来は照射空間への1回の通過あたり３パルス照射される仕様だったのを、1回の通過あたり1パルスの照射が可能とし、1パルス照射毎の粒子の形状や組成変化を追跡できるようになった。

在铜（Cu）（111）表面上的一个原子层的台阶结构中，发现当激光偏振方向垂直于台阶侧时，晶格被赋予明显更高的动能。用铝也得到了类似的结果，证实了该现象与铜的 d 轨道无关。此外，通过验证激光入射角的依赖性，我们发现激光电场强度的表面平行分量决定了激光照射后的动力学，并且这些结果于3月在日本物理学会进行了口头报告。 2023年并以论文形式发表。 （该论文于2023年4月被接受。）此外，虽然没有计划，但使用波长为266 nm的飞秒激光的氧化石墨烯还原过程近年来引起了人们的关注，因此我们研究了其机理并使用它在实验中，当针对不同的激光条件进行模拟时，发现羟基更容易解吸，需要重新考虑实验的解释。研究结果在日本物理学会 2023 年 3 月的讲座上口头发表。共同研究员（Omura）正在开发一种用于碎片离子测量装置的激光脉冲照射光学系统，可以在原子水平上跟踪激光脉冲引起的高密度能量耗散过程，并将偏振元件更改为支持宽带的偏振元件。 (300-1000nm)。这使得观察宽带隙半导体等材料在带边附近的谐振或非谐振条件下激光烧蚀效应的差异成为可能。共同研究员（石川）正在使用一种用脉冲激光照射物质的实验系统，通过维修流动照射装置的喷嘴部分，他能够在照射空间中每次通过三个脉冲照射材料。然而，现在可以每次照射一个脉冲，从而可以跟踪每次脉冲照射的颗粒形状和成分的变化。