CC BY
0даа»аа ЛАЗЕРНАЯ физика и волоконная оптика
Исследование волновых механизмов при формировании периодических структур с помощью пикосекундной лазерной абляции металлов в воздухе
Антипов Д.А., Бруславский И.О., Чижов П.А., Ушаков А.А.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: antipov.dima.99@mail.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-10-11
Для накопления экспериментальных данных, которые лягут в основу теоретической модели, описывающей свойства мелкомасштабных периодических структур, необходимо параметрически исследовать процесс самостоятельного формирования мелкомасштабных периодических структур (МПС), а также исследовать их сосуществование с другими типами структур, такими как поверхностные периодические структуры (I II 1С), самоорганизующиеся наноструктуры (СОНС) и микроструктуры [12].
В докладе представлены новые исследования по созданию иерархических ППС и МПС на поверхности твёрдых тел при их субнаносекундной лазерной абляции в воздухе. Описание процесса формирования периодических наноструктур основано на теории волновых процессов в материалах. Мы обнаружили, что термокапиллярная нестабильность в расплавленном слое на поверхности приводит к синтезу МПС. Сопутствующее формирование СОНС на МПС и ППС изучают в отношении параметров лазера и материала [3-4]. В наших экспериментах мы используем два типа лазерных источников с частотой повторения импульсов 1 кГц. Первый —YAG:Nd лазер с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 30 пс и энергией в импульсе 5000 мкДж. Второй — Yb:fiber fs-laser с длиной волны 1030 нм, длительностью импульса 6 пс и энергией в импульсе 40 мкДж. В качестве мишеней для эксперимента были использованы полированные Ti и нержавеющая сталь. Анализ изображений со сканирующего электронного микроскопа облученной поверхности (Mira TESCAN) показывает, что плотность энергии и количество импульсов в точку являются определяющими факторами для существования МПС отдельно от ППС. Увеличение числа импульсов в точку от 26 до 38
ШКОЛА-ИОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
22-24 октября 2024 г.
приводит к тому, что МПС И ППС могут сосуществовать ортогонально друг другу с периодом от 10 до 1000 нм (см. рис. 1).
Полученные данные лягут в основу теоретического моделирования МПС на основе капиллярно-волнового механизма.
Рис. 1. Вид поверхности мишеней после воздействия в воздухе лазерным излучением Yb:fiber-источника с длиной волны 1030 нм и длительностью импульса 6 пс. Слева - титан, плотность энергии лазерного
излучения 0,179 Дж/см2, число импульсов в точку —37, справа — нержавеющая сталь, плотность энергии лазерного излучения 0,214 Дж/см2, число импульсов в точку — 23.
Авторы выражают благодарность научному руководителю д.ф.-м.н Барминой Е.В. и к.ф.-м.н. Симакину А.В. за помощь в экспериментах. Работа была выполнена в рамках темы госзадания проекта "Квант" (сильно коррелированные и низкоразмерные электронные системы и квантовые материалы) (FFWF-2023-0004).
1. Kirichenko N.A., Barmina E.V., Shafeev G.A., Physics of Wave Phenomena. 2018, 26(4), 264-273.
2. Kuleshov S. and Kobtsev V.D., Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2020, 56(5), 566-575.
3. Reif J., Nanomaterials. 2023, 13, 379.
4. Bonse J., & Gräf S., Maxwell meets, Laser & Photonics Reviews. 2020, 14(10), 2000215.
