Поляризационная рябь - это параллельные колебания, которые наблюдались с 1960-х годов [1] на дне импульсного лазерного облучения полупроводников. У них есть свойство очень зависеть от ориентации электрического поля лазера.
Поскольку фемтосекундные лазеры стали широко доступны , такие структуры наблюдались на металлах , полупроводниках , а также на диэлектриках . Более того, рябь может достигать субволновой периодичности вплоть до 100 нм, как это недавно наблюдалось в титане. [2] «Кумулятивные» изменения, происходящие от импульса к импульсу в свойствах материала, все еще исследуются.
Механизмы формирования [ править ]
Механизмы формирования все еще обсуждаются. Однако можно выделить два типа механизмов формирования:
- резонансные механизмы, основанные на электромагнитных аспектах, такие как периодическое выделение энергии из-за шероховатости [3], как возбуждение поверхностных плазмонных поляритонов во время лазерного освещения; [4]
- нерезонансные механизмы, больше связанные с тепловыми последствиями облучения мишени лазером, такие как капиллярные волны, образующиеся в расплавленном слое.
Набор резонансных механизмов, приводящих к образованию пульсаций, определяется сильной связью между периодичностью пульсаций и длиной волны лазера. [5] Он включает 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] Расширение механизма было также предложено для учета развития периодических структур с периодичностью, превышающей длину волны лазерного луча (т. Е. Канавок), которые образуются перпендикулярно к субволновой ряби; Предлагаемый физический механизм предполагает стирание периодического выделения энергии с последующим образованием валков гидротермальной конвекции, распространяющихся параллельно поляризации электрического поля. [8]
Аналогия формы структуры с решением уравнений Курамото-Сивашинского часто упоминается в поддержку различных теорий, таких как накопление дефектов [9] или сверхбыстрая модификация атомной решетки. [10]
Приложения [ править ]
Их интересуют потенциальные применения в создании микрофлюидных каналов, изменении цвета материалов, [11] модификации локальных электрических свойств и создании оптических дифракционных решеток с субдифракционным пределом .
Они также составляют первую стадию процесса образования черного кремния при фемтосекундном облучении.
Ссылки [ править ]
- ^ Бирнбаум, Милтон (ноябрь 1965). «Повреждения поверхности полупроводников, вызванные рубиновыми лазерами». Журнал прикладной физики . 36 (11): 3688–3689. Bibcode : 1965JAP .... 36.3688B . DOI : 10.1063 / 1.1703071 .
- ^ Bonse, J. (2013). «Периодические поверхностные структуры с длиной волны менее 100 нм при облучении титана фемтосекундными лазерными импульсами Ti: сапфир в воздухе». Прикладная физика . 110 (3): 547–551. Bibcode : 2013ApPhA.110..547B . DOI : 10.1007 / s00339-012-7140-у .
- ^ Sipe, JE; JF Young; Дж. С. Престон; Его Величество Ван Дриэль (1983). «Лазерно-индуцированная периодическая структура поверхности. I. Теория» . Physical Review B . 27 (2): 1141–1154. Bibcode : 1983PhRvB..27.1141S . DOI : 10.1103 / PhysRevB.27.1141 .
- ^ 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 . DOI : 10,1364 / OE.16.016265 .
- ^ Гошэн, Чжоу; Fauchet, P .; Зигман, А. (1 ноября 1982 г.). «Рост спонтанных периодических поверхностных структур на твердых телах при лазерном облучении». Physical Review B . 26 (10): 5366–5381. Bibcode : 1982PhRvB..26.5366G . DOI : 10.1103 / PhysRevB.26.5366 .
- ^ Derrien, Thibault .J.-Y .; Torres, R .; Сарнет, Т .; Sentis, M .; Итина Т.Э. (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 . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2011.10.084 .
- ^ Цибидис, GD; Barberoglou, M .; Лукакос, Пенсильвания; Stratakis, E .; Фотакис, К. (2012). «Динамика образования ряби на поверхности кремния ультракороткими лазерными импульсами в условиях субабляции». Physical Review B . 86 (11): 115316. arXiv : 1109.2568 . Bibcode : 2012PhRvB..86k5316T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.86.115316 .
- ^ Цибидис, GD; Fotakis, M .; Стратакис, Э. (2015). «От ряби к шипам: гидродинамический механизм для интерпретации самособирающихся структур, индуцированных фемтосекундным лазером». Physical Review B . 92 (4): 041405 (R). arXiv : 1505.04381 . Bibcode : 2015PhRvB..92d1405T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.92.041405 .
- ^ Емельянов, В. И. (2009). «Уравнение Курамото-Сивашинского для дефектно-деформационной неустойчивости поверхностно-напряженного нанослоя». Лазерная физика . 19 (3): 538–543. Bibcode : 2009LaPhy..19..538E . DOI : 10.1134 / S1054660X0903030X .
- ↑ 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 ... 62V . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2012.10.140 .
- ↑ Воробьев, А.Ю .; Чуньлей Го (2008). «Окрашивание металлов фемтосекундными лазерными импульсами» . Письма по прикладной физике . 92 (4): 041914. Bibcode : 2008ApPhL..92d1914V . DOI : 10.1063 / 1.2834902 .
