SACLAにおける光渦照射による針状構造の形成

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X線の波面制御と元素選択性を利用した新しい微細加工法の確立

2018/04/19 理化学研究所

理化学研究所(理研)放射光科学研究センター放射光イメージング利用システム開発チームの香村芳樹チームリーダー、武井大客員研究員、ビームライン研究開発グループの矢橋牧名グループディレクターらの国際共同研究グループは、X線自由電子レーザー(XFEL)施設[1]「SACLA[2]」のX線を絞ると同時に波面を制御しながら試料に照射すると、X線のビーム幅よりはるかに細い、回折限界[3]以下の針状の微細構造を形成できることを示しました。

本研究成果は、XFEL施設のX線を使い、その波面制御を行いつつ物質に照射することで、新しい微細加工法の確立に貢献することが期待できます。

今回、国際共同研究グループは、SACLAのX線レーザーの波面を制御し中心強度ゼロで、周囲にマイクロメートル(μm、1μmは100万分の1メートル)スケールのドーナツリングを持つ「光渦(ひかりうず)[4]」ビームを形成しました。このビームを薄膜試料表面に照射し、試料表面で光解離(アブレーション)現象[5]を起こしました。その結果、クロムと金の多層膜を試料とした場合、針状の微細構造が生じ、その典型的な高さと幅はそれぞれ0.6μmと0.3μmでした。また、元素分布ごとの3次元分布の時間変化を1ピコ秒(1兆分の1秒)程度の時間分解能で計算することで、アブレーションの過程や針状構造の形成過程を、異なった相を持つ2元素の元素分布及び相分布によって説明できることを示しました。

本研究は、米国の科学雑誌『Applied Physics Letters』のオンライン版(3月23日付け:日本時間3月24日)に掲載されました。

※共同研究チーム

理化学研究所 放射光科学研究センター
利用システム開発研究部門 物理・化学系ビームライン基盤グループ
放射光イメージング利用システム開発チーム
チームリーダー 香村 芳樹(こうむら よしき)
客員研究員 武井 大(たけい だい)
XFEL研究開発部門 ビームライン研究開発グループ
グループディレクター 矢橋 牧名(やばし まきな)
ビームライン開発チーム
基礎科学特別研究員 井上 伊知郎(いのうえ いちろう)
センター長 石川 哲也(いしかわ てつや)

デューコブ自動制御研究所
主幹研究員 ヴァシリー・ジャホブスキー(Vasily Zhakhovsky)

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