Рябь поляризации - Polarization ripples

Схема периодических структур глубиной около 300 нм с периодом 800 нм.

Рябь поляризации параллельные колебания, которые наблюдаются с 1960-х гг. [1] на дне импульсного лазерного облучения полупроводников. У них есть свойство очень зависеть от ориентации электрического поля лазера.

Поскольку широкая доступность фемтосекундные лазеры, такие структуры наблюдались на металлы, полупроводники, но и на диэлектрики. Более того, рябь может достигать субволновой периодичности вплоть до 100 нм, как недавно наблюдалось в титане.[2] «Кумулятивные» изменения, происходящие от импульса к импульсу в свойствах материала, все еще исследуются.

Механизмы формирования

Механизмы формирования все еще обсуждаются. Однако можно выделить два типа механизмов формирования:

  • резонансные механизмы, основанные на электромагнитных аспектах, как периодическое выделение энергии из-за шероховатости,[3] в качестве поверхностный плазмон-поляритон возбуждение при лазерном облучении;[4]
  • нерезонансные механизмы, более связанные с тепловыми последствиями облучения мишени лазером, такие как капиллярные волны образуется в расплавленном слое.

Набор резонансных механизмов, приводящих к образованию пульсаций, определяется сильной связью между периодичностью пульсаций и длиной волны лазера.[5] Он включает в себя возбуждение поверхностной электромагнитной волны, такой как поверхностный плазмон-поляритон, и поверхностных волн, возбуждаемых изолированным дефектом или шероховатостью поверхности, особенно при фемтосекундном облучении.[6]

Альтернативный механизм, который предполагает синергию электронного возбуждения и затвердевания капиллярных волн, также был предложен для объяснения как образования ряби, так и наблюдаемой периодичности пульсации.[7] Было также предложено расширение механизма для учета развития периодических структур с периодичностью, превышающей длину волны лазерного луча (т. Е. Канавок), которые образуются перпендикулярно ряби субволнового размера; Предложенный физический механизм предполагает стирание периодического энерговклада с последующим образованием валков гидротермальной конвекции, распространяющихся параллельно поляризации электрического поля.[8]

Аналогия формы конструкции с решением Уравнения Курамото-Сивашинского часто упоминается в поддержку различных теорий, таких как накопление дефектов,[9] или сверхбыстрая модификация атомной решетки.[10]

Приложения

Их интересуют потенциальные применения в построении микрофлюидных каналов, изменении цвета материалов,[11] изменение локальных электрических свойств и создание оптических элементов с субдифракционным пределом. дифракционные решетки.

Они также составляют первый этап Черный кремний процесс формирования фемтосекундным облучением.

Рекомендации

  1. ^ Бирнбаум, Милтон (ноябрь 1965 г.). «Повреждение поверхности полупроводника, вызванное рубиновым лазером». Журнал прикладной физики. 36 (11): 3688–3689. Bibcode:1965JAP .... 36.3688B. Дои:10.1063/1.1703071.
  2. ^ Бонсе, Дж. (2013). «Периодические поверхностные структуры с длиной волны менее 100 нм при облучении титана фемтосекундными лазерными импульсами на воздухе Ti: сапфир». Прикладная физика A. 110 (3): 547–551. Bibcode:2013АпФА.110..547Б. Дои:10.1007 / s00339-012-7140-у.
  3. ^ Sipe, J.E .; Дж. Ф. Янг; J.S. Престон; H.M. Ван Дриэль (1983). «Лазерно-индуцированная периодическая структура поверхности. I. Теория». Физический обзор B. 27 (2): 1141–1154. Bibcode:1983ПхРвБ..27.1141С. Дои:10.1103 / PhysRevB.27.1141.
  4. ^ Miyaji, G .; К. Миядзаки (2008). «Возникновение периодичности наноструктурирования на поверхности тонких пленок, подвергнутых абляции фемтосекундными лазерными импульсами». Оптика Экспресс. 16 (20): 16265–16271. Bibcode:2008OExpr..1616265M. Дои:10.1364 / OE.16.016265.
  5. ^ Гошэн, Чжоу; Fauchet, P .; Зигман, А. (1 ноября 1982 г.). «Рост спонтанных периодических поверхностных структур на твердых телах при лазерном облучении». Физический обзор B. 26 (10): 5366–5381. Bibcode:1982PhRvB..26.5366G. Дои:10.1103 / PhysRevB.26.5366.
  6. ^ Derrien, Thibault .J.-Y .; Torres, R .; Сарнет, Т .; Sentis, M .; Итина, Т. (1 октября 2011 г.). «Формирование фемтосекундных лазерных поверхностных структур на кремнии: выводы из численного моделирования и экспериментов с одиночным импульсом». Прикладная наука о поверхности. 258 (23): 9487–9490. arXiv:1108.1685. Bibcode:2012ApSS..258.9487D. Дои:10.1016 / j.apsusc.2011.10.084.
  7. ^ Tsibidis, G.D .; Barberoglou, M .; Loukakos, P.A .; Stratakis, E .; Фотакис, К. (2012). «Динамика образования ряби на поверхности кремния ультракороткими лазерными импульсами в условиях субабляции». Физический обзор B. 86 (11): 115316. arXiv:1109.2568. Bibcode:2012PhRvB..86k5316T. Дои:10.1103 / PhysRevB.86.115316.
  8. ^ Tsibidis, G.D .; Fotakis, M .; Стратакис, Э. (2015). «От ряби к шипам: гидродинамический механизм для интерпретации самособирающихся структур, индуцированных фемтосекундным лазером». Физический обзор B. 92 (4): 041405 (R). arXiv:1505.04381. Bibcode:2015PhRvB..92d1405T. Дои:10.1103 / PhysRevB.92.041405.
  9. ^ Емельянов, В. (2009). «Уравнение Курамото-Сивашинского для дефектно-деформационной неустойчивости поверхностно-напряженного нанослоя». Лазерная физика. 19 (3): 538–543. Bibcode:2009LaPhy..19..538E. Дои:10.1134 / S1054660X0903030X.
  10. ^ Варламова Ольга; Юрген Райф (август 2013 г.). «Влияние дозы облучения на лазерно-индуцированные поверхностные наноструктуры кремния». (PDF). Прикладная наука о поверхности. 278: 62–66. Bibcode:2013ApSS..278 ... 62В. Дои:10.1016 / j.apsusc.2012.10.140.
  11. ^ Воробьев, А.Ю .; Чунлей Го (2008). «Окрашивание металлов фемтосекундными лазерными импульсами». Письма по прикладной физике. 92 (4): 041914. Bibcode:2008АпФЛ..92д1914В. Дои:10.1063/1.2834902.