Облучение золотых плёнок остросфокусированным пучком фемтосекундного лазера с различными распределениями интенсивности

Гулинян В.А., Агеев Э.И., Гремилов М.А., Зуев Д.А.

Ссылка для цитирования:

Гулинян В.А., Агеев Э.И., Гремилов М.А., Зуев Д.А. Облучение золотых плёнок остросфокусированным пучком фемтосекундного лазера с различными распределениями плотности энергии // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 12. С. 77–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-12-77-83

Gulinyan V.A., Ageev E.I., Gremilov M.A., Zuev D.A. Irradiation of gold films with an acutely focused femtosecond laser beam with different intensity distributions [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 12. P. 77–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-12-77-83

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Золотые игольчатые наноструктуры, созданные одиночными лазерными импульсами с гауссовым и тороидальным распределениями поверхностной плотности энергии. Цель работы. Создание игольчатых структур и сравнение энергетической эффективности этих структур при различных профилях распределения поверхностной плотности энергии в пучке. Метод. Прямая лазерная запись наноструктур одиночными лазерными импульсами с гауссовым профилем плотности энергии и с тороидальным, полученным с помощью вихревой пластинки. Основные результаты. Созданы золотые наноструктуры с использованием двух видов профиля распределения плотности энергии, а также получены спектры рассеяния для данных структур. Практическая значимость. Массивы полученных игольчатых наноструктур будут использованы как структурный элемент для создания биосенсора на основе оптически резонансных структур из золота.

Ключевые слова:

золотые плёнки, наноджеты, нанобампы, лазерно-индуцированная генерация, вихревая пластинка

Благодарность:

исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-72-10075, https://rscf.ru/project/24-72-10075/

Коды OCIS: 220.4241, 290.5820, 310.6845

Список источников:

1. Vilkevičius K., Tsibidis George D., Selskis Algirdas et al. Formation of highly tunable periodic plasmonic structures on gold films using direct laser writing // Advanced Optical Materials. 2024. P. 2400172. https://doi.org/10.1002/adom.202400172
2. Meshcheryakov Y.P., Bulgakova N.M. Thermoelastic modeling of microbump and nanojet formation on nanosize gold films under femtosecond laser irradiation // Applied Physics A. 2006. V. 82. № 2. P. 363–368. http://dx.doi.org/10.1007/s00339-005-3319-9
3. Pavlov D., Syubaev S., Kuchmizhak A. et al. Direct laser printing of tunable IR resonant nanoantenna arrays // Applied Surface Science. 2019. V. 469. P. 514–520. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.069
4. Toyoda K., Katsuhiko M., Nobuyuki A. et al. Using optical vortex to control the chirality of twisted metal nanostructures // Nano letters. 2012. V. 12. № 7. P. 3645–3649. https://doi.org/10.1021/nl301347j
5. Kuchmizhak A., Vitrik O., Kulchin Yu. et al. Laser printing of resonant plasmonic nanovoids // Nanoscale. 2016. V. 8. № 24. P. 12352–12361. https://doi.org/10.1039/C6NR01317A
6. Wang X.W., Kuchmizhak A.A., Li X. et al. Laserinduced translative hydrodynamic mass snapshots: noninvasive characterization and predictive modeling via mapping at nanoscale // Physical Review Applied. 2017. V. 8. № 4. P. 044016. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.044016

7. Nakata Y., Koji T., Noriaki M. et al. Solid–liquid–solid process for forming free-standing gold nanowhisker superlattice by interfering femtosecond laser irradiation // Applied surface science. 2013. V. 274. P. 27–32. https://doi.org/10.3390/nano11020305
8. Kuznetsov A.I., Unger C., Koch J. et al. Laser-induced jet formation and droplet ejection from thin metal films // Applied Physics A. 2012. V. 106. P. 479–487. https://doi.org/10.1007/s00339-011-6747-8
9. Pavlov D.V., Zhizhchenko A.Y., Honda M. et al. Multipurpose nanovoid array plasmonic sensor produced by direct laser patterning // Nanomaterials. 2019. V. 9. № 10. P. 1348. https://doi.org/10.3390/nano9101348
10. Kuznetsov A.I., Koch J., Chichkov B.N. Nanostructuring of thin gold films by femtosecond lasers // Applied Physics A. 2009. V. 94. P. 221–230. https://doi.org/10.1007/s00339-008-4859-6
11. Ivanov D.S., Zhigilei L.V. Combined atomistic-continuum modeling of short-pulse laser melting and disintegration of metal films // Physical review B. 2003. V. 68. № 6. P. 064114. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.064114
12. Nakata Y., Miyanaga N., Okada T. Effect of pulse width and fluence of femtosecond laser on the size of nanobump array // Applied surface science. 2007. V. 253. № 15. P. 6555–6557. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.01.080
13. Koch J., Korte F., Bauer T. et al. Nanotexturing of gold films by femtosecond laser-induced melt dynamics // Applied Physics A. 2005. V. 81. P. 325–328. https://doi.org/10.1007/s00339-005-3212-6
14. Naghilou A., He M., Schubert J. et al. Femtosecond laser generation of microbumps and nanojets on single and bilayer Cu/Ag thin films // Physical Chemistry Chemical Physics. 2019. V. 21. № 22. P. 11846–11860. https://doi.org/10.1039/C9CP02174D
15. Syubaev S., Zhizhchenko A., Porfirev A. et al. Direct laser printing of chiral plasmonic nanojets by vortex beams // Optics Express. 2017. V. 25. № 9. P. 10214–10223. https://doi.org/10.48550/arXiv.1702.07891
16. Kawagoe S., Nakamura R., Tasaki R. et al. Microfabrication of Au film using optical vortex beam // Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2019. V. 14. № 1. P. 31–34. https://doi.org/10.2961/jlmn.2019.01.0006
17. Syubaev S., Zhizhchenko A., Vitrik O. et al. Chirality of laser-printed plasmonic nanoneedles tunable by tailoring spiral-shape pulses // Applied Surface Science. 2019. V. 470. P. 526–534. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.128
18. Liu J.M. Simple technique for measurements of pulsed Gaussian-beam spot sizes // Optics Letters. 1982. V. 7. № 5. P. 196–198. https://doi.org/10.1364/OL.7.000196