Interakce intenzivního rentgenového záření s hmotou
Ačkoli interakce intenzivního elektromagnetického, především laserového, záření s hmotou je velmi dobře prostudována v UV-Vis-IR oborech spektra, s klesající vlnovou délkou se míra našich znalostí o interakčních procesech dramaticky snižuje. Na vlnových délkách kratších než 100 nm, tedy v XUV spektrálním oboru, resp. pod 30 nm, což představuje hranici měkké rentgenové (rtg.) oblasti, existuje zatím jen několik desítek prací věnovaných procesům indukovaným vysokoenergetickými impulzy takového záření na povrchu různých pevných látek. Samostatné a důkladné studium těchto procesů je přitom nutné, neboť k absorpci krátkovlnného (tedy XUV/rtg.) záření dochází úplně jinak, než k absorpci optického záření a prostá extrapolace interakčních jevů z optického do rtg. oboru je zavádějící. Interakce XUV/rtg. záření s hmotou
- je ve svých základních charakteristikách závislá především na prvkovém složení pevné látky a jen velmi slabě ji ovlivňuje chemická konstituce,
- vede k narušení struktury materiálu i jednotlivými fotony, které nesou energii vysoce převyšující disociační energie kovalentních vazeb, energie zakázaných pásů a kohezní energie krystalů,
- není omezována odrazem záření na kritické ploše plazmatu, protože kritická hustota silně závisí na vlnové délce a pro XUV/rtg. záření dosahuje elektronové hustoty pevné fáze. Záření tedy proniká do objemu vzorku, rovnoměrně jej ionizuje a prohřívá, za vzniku relativně chladného a hustého plazmatu (tzv. warm dense matter - WDM).
V několika posledních letech se naše úsilí soustřeďuje na studium právě těchto jevů. K němu jsme mohli přistoupit díky pokroku dosaženému v našich a spolupracujících laboratořích při vývoji a charakterizaci pokročilých, koherentních i nekoherentních, zdrojů intenzivního XUV/rtg. záření. Prováděné experimenty jsou samozřejmě motivovány jako každý základní výzkum – totiž tím, že v nyní dosažitelných kombinacích vlnové délky, doby trvání impulzu a intenzity záření nebyla dosud interakce laserového svazku s hmotou studována. Kromě toho lze ovšem pro naše aktivity identifikovat zdroje motivace v potenciálním využití poznaných procesů pro přímé nanostrukturování technicky významných materiálů a vývoj na něm založených nových nanotechnologických postupů, testování odolnosti prvků rentgenové optiky vystavených účinkům krátkovlnného intenzivního záření, zejména optických prvků rentgenových zdrojů nové generace (European XFEL v Hamburku, LCLS ve Stanfordu), stanovení obsahu energie velmi silných impulzů rentgenového záření a jejich prostorového rozložení, realizaci unikátních stavů hmoty, především WDM, atp.; přehled možných aplikací je podán například v úvodní části článku.
1. B. Nagler a kol.: Turning solid aluminium transparent by intense soft X-ray photo-ionization,
Nature Physics,5, doi:10.1038/nphys1341 (2009).
2. J. Chalupský a kol.: Damage of amorphous carbon induced by soft X-ray femtosecond pulses above and below the critical angle,
Appl. Phys. Lett. 95, 031111 (2009).
3. J. Chalupský a kol.: Characteristics of focused soft X-ray free-electron laser beam determined by ablation of organic molecular solids,
Opt. Express 15, 6036 (2007).
4. L. Juha a kol.: Ablation of organic polymers by 46.9-nm laser radiation,
Appl. Phys. Lett.86, 034109 (2005).
5. L. Juha a kol.: Short-wavelength ablation of molecular solids: pulse duration and wavelength effects, J.
Microlith. Microfab. Microsyst/st. 4, 033007 (2005).
