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Ondulaciones de polarización

Esquema de estructuras periódicas de casi 300 nm de profundidad con un período de 800 nm. Las ondulaciones de polarización son oscilaciones paralelas que se han observado desde ...

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Esquema de estructuras periódicas de casi 300 nm de profundidad con un período de 800 nm.

Las ondulaciones de polarización son oscilaciones paralelas que se han observado desde la década de 1960 [ 1 ] en el fondo de la irradiación láser pulsada de semiconductores. Tienen la propiedad de ser muy dependientes de la orientación del campo eléctrico del láser .

Desde la amplia disponibilidad de láseres de femtosegundos , se han observado estructuras similares en metales , semiconductores y dieléctricos . Además, las ondulaciones pueden alcanzar periodicidades sublongitudinales de hasta 100  nm, como se observó recientemente en titanio. [ 2 ] Los cambios acumulativos que se producen de pulso a pulso en las propiedades del material aún están bajo investigación.

Mecanismos de formación

Los mecanismos de formación aún están en debate. Sin embargo, se pueden destacar dos tipos de mecanismos de formación:

  • los mecanismos resonantes, que se basan en aspectos electromagnéticos, como la deposición periódica de energía debido a la rugosidad, [ 3 ] como la excitación de polaritones de plasmón de superficie durante la iluminación láser; [ 4 ]
  • los mecanismos no resonantes, más relacionados con las consecuencias térmicas de la irradiación del objetivo por el láser, como las ondas capilares que se forman en la capa fundida.

El conjunto de mecanismos resonantes que conducen a la formación de ondulaciones se define por el fuerte vínculo entre la periodicidad de las ondulaciones y la longitud de onda del láser. [ 5 ] Incluye la excitación de ondas electromagnéticas superficiales como el polaritón de plasmón superficial y ondas superficiales excitadas por un defecto aislado o rugosidad superficial, especialmente bajo irradiación de femtosegundos. [ 6 ]

También se ha propuesto un mecanismo alternativo que asume la sinergia de la excitación electrónica y la solidificación de ondas capilares para explicar tanto la formación de ondulaciones como la periodicidad observada de las mismas. [ 7 ] Asimismo, se propuso una extensión del mecanismo para explicar el desarrollo de estructuras periódicas con una periodicidad mayor que la longitud de onda del haz láser (es decir, surcos) que se forman perpendicularmente a las ondulaciones de tamaño sublongitudinal; el mecanismo físico propuesto asume el borrado de la deposición periódica de energía seguido de la formación de rollos de convección hidrotermal que se propagan paralelamente a la polarización del campo eléctrico. [ 8 ]

La analogía de la forma de la estructura con la solución de las ecuaciones de Kuramoto-Sivashinsky se menciona a menudo para respaldar diferentes teorías, como la acumulación de defectos, [ 9 ] o la modificación ultrarrápida de la red atómica. [ 10 ]

Aplicaciones

Su interés se centra en las posibles aplicaciones en la construcción de canales microfluídicos, el cambio de color de los materiales, [ 11 ] la modificación de las propiedades eléctricas locales y la construcción de rejillas de difracción ópticas sublímite de difracción .

También constituyen la primera etapa del proceso de formación de silicio negro mediante irradiación con femtosegundos.

Referencias

  1. ↑ Birnbaum, Milton (noviembre de 1965). "Daños en la superficie de semiconductores producidos por láseres de rubí". Journal of Applied Physics . 36 (11): 3688– 3689. Bibcode : 1965JAP....36.3688B . doi : 10.1063/1.1703071 .
  2. ↑ Bonse, J. (2013). "Estructuras superficiales periódicas inducidas por láser de menos de 100 nm tras la irradiación de titanio con pulsos láser de femtosegundos de Ti:zafiro en aire". Applied Physics A . 110 (3): 547– 551. Bibcode : 2013ApPhA.110..547B . doi : 10.1007/s00339-012-7140-y .
  3. ↑ Sipe, JE; JF Young; JS Preston; HM Van Driel (1983). "Estructura superficial periódica inducida por láser. I. Teoría" . Physical Review B. 27 ( 2): 1141– 1154. Bibcode : 1983PhRvB..27.1141S . doi : 10.1103/PhysRevB.27.1141 .
  4. ↑ Miyaji, G.; K. Miyazaki (2008). "Origen de la periodicidad en la nanoestructuración de superficies de películas delgadas ablacionadas con pulsos láser de femtosegundos" . Optics Express . 16 (20): 16265– 16271. Bibcode : 2008OExpr..1616265M . doi : 10.1364/OE.16.016265 .
  5. ↑ Guosheng, Zhou; Fauchet, P.; Siegman, A. (1 de noviembre de 1982). "Crecimiento de estructuras superficiales periódicas espontáneas en sólidos durante la iluminación láser". Physical Review B. 26 ( 10): 5366– 5381. Bibcode : 1982PhRvB..26.5366G . doi : 10.1103/PhysRevB.26.5366 .
  6. ↑ Derrien, Thibault .J.-Y.; Torres, R.; Sarnet, T.; Sentis, M.; Itina, TE (1 de octubre de 2011). "Formación de estructuras superficiales inducidas por láser de femtosegundos en silicio: Perspectivas a partir de modelos numéricos y experimentos de pulso único". Applied Surface Science . 258 (23): 9487– 9490. arXiv : 1108.1685 . Bibcode : 2012ApSS..258.9487D . doi : 10.1016/j.apsusc.2011.10.084 .
  7. ↑ Tsibidis, GD; Barberoglou, M.; Loukakos, PA; Stratakis, E. ; Fotakis, C. (2012). "Dinámica de la formación de ondulaciones en superficies de silicio mediante pulsos láser ultracortos en condiciones de subablación". Physical Review B . 86 (11) 115316. arXiv : 1109.2568 . Bibcode : 2012PhRvB..86k5316T . doi : 10.1103/PhysRevB.86.115316 .
  8. ↑ Tsibidis, GD; Fotakis, M.; Stratakis, E. (2015). "De ondulaciones a picos: un mecanismo hidrodinámico para interpretar estructuras autoensambladas inducidas por láser de femtosegundos". Physical Review B . 92 (4): 041405(R). arXiv : 1505.04381 ​​. Bibcode : 2015PhRvB..92d1405T . doi : 10.1103/PhysRevB.92.041405 .
  9. ↑ Emel'yanov, VI (2009). "La ecuación de Kuramoto-Sivashinsky para la inestabilidad de deformación por defectos de una nanocapa sometida a tensión superficial". Laser Physics . 19 (3): 538– 543. Bibcode : 2009LaPhy..19..538E . doi : 10.1134/S1054660X0903030X .
  10. ↑ Varlamova, Olga; Juergen Reif (agosto de 2013). "Influencia de la dosis de irradiación en las nanoestructuras superficiales inducidas por láser en silicio" (PDF) . Applied Surface Science . 278 : 62–66 . Bibcode : 2013ApSS..278...62V . doi : 10.1016/j.apsusc.2012.10.140 .
  11. ↑ Vorobyev, AY; Chunlei Guo (2008). "Coloración de metales con pulsos láser de femtosegundos" . Applied Physics Letters . 92 (4): 041914. Bibcode : 2008ApPhL..92d1914V . doi : 10.1063/1.2834902 .