Отправить статью по E-mail 
Лазерная наноабляция алмаза и формирование поверхностных структур атомного масштаба
- Авторы: Кононенко Т.В.1, Кононенко В.В.1, Заведеев Е.В.1, Пашинин В.П.1, Комленок М.С.1, Пивоваров П.А.1, Ашиккалиева К.Х.1, Дежкина М.А.1, Курочицкий Н.Д.1, Куприянов А.А.1, Конов В.И.1
-
Учреждения:
- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
- Выпуск: Том 520, № 1 (2025)
- Страницы: 24-33
- Раздел: ФИЗИКА
- URL: https://ter-arkhiv.ru/2686-7400/article/view/683272
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740025010041
- EDN: https://elibrary.ru/GUFOYQ
- ID: 683272
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Проведено экспериментальное исследование режима многоимпульсной (108–109 импульсов) лазерной наноабляции монокристаллического алмаза, который реализуется при интенсивности облучения ниже порога лазерной графитизации и позволяет контролировать глубину лазерной обработки данного материала с точностью до атомного слоя. Полученные зависимости скорости наноабляции от плотности лазерной энергии для различных комбинаций длительности лазерного импульса и длины волны излучения свидетельствуют о том, что скорость фотостимулированного окисления в атмосфере воздуха определяется плотностью лазерной плазмы, созданной внутри материала. Обнаружено последовательное снижение скорости наноабляции при повышении концентрации азотной примеси в алмазе. Установлено, что продолжительность лазерного травления в режиме наноабляции и, соответственно, максимальная глубина создаваемых наноструктур ограничиваются эффектом кумулятивной графитизации.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Т. В. Кононенко
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
В. В. Кононенко
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
Е. В. Заведеев
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
В. П. Пашинин
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
М. С. Комленок
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
П. А. Пивоваров
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
К. Х. Ашиккалиева
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
М. А. Дежкина
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
Н. Д. Курочицкий
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
А. А. Куприянов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
Россия, Москва
В. И. Конов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Email: taras.kononenko@nsc.gpi.ru
академик РАН
Россия, МоскваСписок литературы
- Rothschild A.C., Ehrich D.J. Excimer-laser etching of diamond and hard carbon films by direct writing and optical projection // J. Vac. Sci. Technol. B. 1986. V. 4. Р. 310–314.
- Hunn J.D., Withrow S.P., White C.W., Clausing R.E., Heatherly L., Christensen C.P. // Fabrication of single-crystal diamond microcomponents // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65(24). P. 3072–3074.
- Ramanathan D., Molian P.A. Micro- and sub-micromachining of type IIa Single crystal diamond using a Ti:sapphire femtosecond laser // J. Manufacturing Science and Engineering. 2002. V. 124 (2). P. 389–396.
- Shinoda M., Gattass R.R., Mazur E. Femtosecond laser-induced formation of nanometer-width grooves on synthetic single-crystal diamond surfaces // J. Appl. Phys. 2009. V. 105(5). P. 053102.
- Zalloum O.H.Y., Parrish M., Terekhov A., Hofmeister W. On femtosecond micromachining of HPHT single-crystal diamond with direct laser writing using tight focusing // Opt. Express. 2010. V. 18(12). P. 13122–13135.
- Konov V.I. Laser in micro and nanoprocessing of diamond materials // Laser & Photonics Reviews. 2012. V. 6(6). P. 739–766.
- Ali B., Litvinyuk I.V., Rybachuk M. Femtosecond laser micromachining of diamond: Current research status, applications and challenges // Carbon. 2021. V. 179. P. 209–226.
- Apostolova T., Kurylo V., Gnilitskyi I. Ultrafast laser processing of diamond materials: A Review. Frontiers in Physics. 2021. V. 9.
- Кононенко В.В., Комленок М.С., Пименов С.М., Конов В.И. Фотоиндуцированное лазерное травление алмазной поверхности // Квантовая электроника. 2007. V. 37(11). P. 1043–1046.
- Gololobov V.M., Kononenko V.V., Konov V.I. Laser nanoablation of a diamond surface in air and vacuum // Optics & Laser Technology. 2020. V. 131. P. 106396.
- Baldwin C.G., Downes J.E., Mildren R.P. Enhanced etch rate of deep-UV laser induced etching of diamond in low pressure conditions // Applied Physics Letters. 2020. V. 117 (11). P. 111601.
- Komlenok M.S., Kononenko V.V., Ralchenko V.G., Pimenov S.M., Konov V.I. Laser Induced Nanoablation of Diamond Materials // Physics Procedia. 2011. V. 12. P. 37–45.
- Kononenko V.V., Gololobov V.M., Komlenok M.S., Konov V.I. Nonlinear photooxidation of diamond surface exposed to femtosecond laser pulses // Laser Physics Letters. 2015. V. 12(9). P. 096101.
- Mildren R.P., Downes J.E., Brown J.D., Johnston B.F., Granados E., Spence D.J., Lehmann A., Weston L., Bramble A. Characteristics of 2-photon ultraviolet laser etching of diamond // Optical Materials Express. 2011. V. 1(4). P. 576–585.
- Bandis C., Pate B.B. Electron emission due to exciton breakup from negative electron affinity diamond // Phys. Rev. Lett. 1995. 74(5). P. 777–780.
- Frenklach M., Huang D., Thomas R.E., Rudder R.A., Markunas R.J. Activation energy and mechanism of CO desorption from (100) diamond surface // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63(22). P. 3090–3092.
- Griffiths B., Kirkpatrick A., Nicley S.S., Patel R.L., Zajac J.M., Morley G.W., Booth M.J., Salter P.S., Smith J.M. Microscopic processes during ultrafast laser generation of Frenkel defects in diamond // Physical Review B. 2021. V. 104(17). P. 174303.
- Kononenko T.V., Ashikkalieva K.K., Ral’chenko V.G., Kononenko V.V., Konov V.I. Defect-assisted optical breakdown in synthetic diamonds irradiated by IR femtosecond pulses // Diamond & Related Materials. 2024. V. 142. P. 110812.
- Kononenko V.V., Komlenok M.S., Chizhov P.A., Bukin V.V., Bulgakova V.V., Khomich A.A., Bolshakov A.P., Konov V.I., Garnov S.V. Efficiency of photoconductive terahertz generation in nitrogen-doped diamonds // Photonics. 2022. V. 9(1). P. 18.
- Kononenko V.V., Gololobov V.M., Kononenko T.V., Konov V.I. Photoinduced graphitization of diamond // Laser Physics Letters. 2015. V. 12(1). P. 016101.
Дополнительные файлы
