Wanneer femtoseconde lasers - ultrakorte pulslasers die in hightech toepassingen worden gebruikt - een metalen oppervlak bestralen, laten ze beschadigingen achter op de nanoschaal die lijken op miniatuurmaankraters. Voor zijn promotieonderzoek combineerde Dr. Igor Milov verschillende theoretische modellen in één enkele tool die de schade veroorzaakt door ultrakorte laserpulsen van verschillende golflengten berekent. Voor zijn onderzoek ontving Milov de beoordeling cum laude.
Het bestuderen van de onderliggende fundamentele processen die optreden wanneer metalen dunne worden blootgesteld aan hoge doses Extreme Ultraviolet (XUV) of röntgen laserstraling is een uitdaging vanwege de multi-schaal en multi-fysieke aard. De bestaande kennis was onvoldoende om te worden gebruikt voor een diepgaand begrip en het voorspellen van materiële schade onder reële operationele omstandigheden bij vrije-elektronenlasers. "Er zijn veel onderzoeken gedaan over de schade die lasers in het zichtbare lichtspectrum aanrichten", zegt Milov, "mijn onderzoek verbindt de kennis van optische lasers en XUV/röntgenlasers".
Toepassingen
Inzicht in de schadeprocessen die worden veroorzaakt door XUV/röntgenlasers biedt de mogelijkheid om schadebestendige optische elementen te ontwerpen voor zogenaamde synchrotronen en vrije elektronenlasers. In een breder perspectief kan het onderzoek van Milov bijdragen aan andere onderzoeken naar laserschade waar voornamelijk gebruik wordt gemaakt van optische lasers.
Naast het vermijden van schade zoals in het vorige voorbeeld, kan het inzicht van Milov in de interactie tussen licht en materie gebruikt worden om op een slimme en nuttige manier schade te produceren. Ons model kan helpen om de instellingen voor een laser te vinden die het oppervlak van een metaal op zo’n manier beschadigt dat de optische, mechanische en chemische eigenschappen ervan veranderen.
Bijvoorbeeld om het oppervlak van een bepaald metaal hydrofoob te maken of om de katalytische en plasmonische activiteit ervan te verhogen. De laser kan ook nanodeeltjes produceren die medische toepassingen hebben. Deze nanodeeltjes worden normaal gesproken chemisch geproduceerd, maar dit zorgt voor resten van de chemicaliën die de nanodeeltjes onzuiver en potentieel gevaarlijk voor het menselijk lichaam maken. "Met lasers kunnen we zuivere nanodeeltjes maken. Ons model kan worden gebruikt om het proces van de vorming ervan te bestuderen als functie van verschillende laserparameters", zegt Milov.
Figuur 1. Evolutie van het Ru-on-substraat doelwit bestraald met een 100 fs XUV-laserimpuls
Uitgebreid netwerk
Een van de grotere prestaties tijdens het promotieonderzoek was het vinden van de juiste experts en het combineren van al hun werk. "Alles wat ik deed was alleen mogelijk dankzij ons uitgebreide netwerk van academische instituten en industriële partners. Het onderwerp is zeer multidisciplinair met optica, thermodynamica, atoom- en laserfysica in wisselwerking op verschillende tijdschalen", zegt Milov.
Meer informatie
Dr. Igor Milov werkt nu aan het X-tools project als PostDoc voor de vakgroep XUV Optics van de faculteit TNW. Voor de verdediging van zijn proefschrift met de titel ‘Damage processes in ruthenium thin films induced by ultrashort laser pulses’ behaalde Milov de beoordeling cum laude. Zijn onderzoek, ook gedaan in de XUV Optics groep, werd begeleid door professor Fred Bijkerk en maakte deel uit van het MiLiMiD project.
