Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు.మీరు పరిమిత CSS మద్దతుతో బ్రౌజర్ సంస్కరణను ఉపయోగిస్తున్నారు.ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి).అదనంగా, కొనసాగుతున్న మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ని చూపుతాము.
ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల రంగులరాట్నం ప్రదర్శిస్తుంది.ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి మునుపటి మరియు తదుపరి బటన్‌లను ఉపయోగించండి లేదా ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి చివర ఉన్న స్లయిడర్ బటన్‌లను ఉపయోగించండి.
లేజర్-ప్రేరిత ఆవర్తన ఉపరితల నిర్మాణం (LIPSS)తో కలిపి డైరెక్ట్ లేజర్ జోక్యం (DLIP) వివిధ పదార్థాల కోసం ఫంక్షనల్ ఉపరితలాలను రూపొందించడానికి అనుమతిస్తుంది.ప్రక్రియ యొక్క నిర్గమాంశ సాధారణంగా అధిక సగటు లేజర్ శక్తిని ఉపయోగించడం ద్వారా పెంచబడుతుంది.అయినప్పటికీ, ఇది వేడిని చేరడానికి దారితీస్తుంది, ఇది ఫలిత ఉపరితల నమూనా యొక్క కరుకుదనం మరియు ఆకృతిని ప్రభావితం చేస్తుంది.అందువల్ల, కల్పిత మూలకాల యొక్క పదనిర్మాణంపై ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత యొక్క ప్రభావాన్ని వివరంగా అధ్యయనం చేయడం అవసరం.ఈ అధ్యయనంలో, ఉక్కు ఉపరితలం 532 nm వద్ద ps-DLIPతో లైన్-నమూనా చేయబడింది.ఫలిత స్థలాకృతిపై ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి, ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించడానికి హీటింగ్ ప్లేట్ ఉపయోగించబడింది.250 \(^{\circ }\)Сకి వేడి చేయడం వలన ఏర్పడిన నిర్మాణాల లోతు 2.33 నుండి 1.06 µm వరకు గణనీయంగా తగ్గింది.ఉపరితల ధాన్యాల ధోరణి మరియు లేజర్-ప్రేరిత ఉపరితల ఆక్సీకరణపై ఆధారపడి వివిధ రకాల LIPSS రూపాలతో తగ్గుదల సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.ఈ అధ్యయనం ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత యొక్క బలమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది, ఇది ఉష్ణ సంచిత ప్రభావాలను సృష్టించడానికి అధిక సగటు లేజర్ శక్తితో ఉపరితల చికిత్స చేసినప్పుడు కూడా అంచనా వేయబడుతుంది.
అల్ట్రాషార్ట్ పల్స్ లేజర్ రేడియేషన్‌పై ఆధారపడిన ఉపరితల చికిత్స పద్ధతులు సైన్స్ మరియు పరిశ్రమలో ముందంజలో ఉన్నాయి, ఎందుకంటే వాటి యొక్క అతి ముఖ్యమైన సంబంధిత పదార్థాల యొక్క ఉపరితల లక్షణాలను మెరుగుపరచగల సామర్థ్యం 1.ప్రత్యేకించి, లేజర్-ప్రేరిత అనుకూల ఉపరితల కార్యాచరణ అనేది అనేక రకాల పారిశ్రామిక రంగాలు మరియు అప్లికేషన్ దృశ్యాలు1,2,3 అంతటా అత్యాధునికమైనది.ఉదాహరణకు, వెర్సిల్లో మరియు ఇతరులు.లేజర్-ప్రేరిత సూపర్‌హైడ్రోఫోబిసిటీ ఆధారంగా ఏరోస్పేస్ అప్లికేషన్‌ల కోసం టైటానియం మిశ్రమాలపై యాంటీ-ఐసింగ్ లక్షణాలు ప్రదర్శించబడ్డాయి.లేజర్ ఉపరితల నిర్మాణాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన నానోసైజ్ చేయబడిన లక్షణాలు ఉక్కు నమూనాలపై బయోఫిల్మ్ పెరుగుదల లేదా నిరోధాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయని ఎప్పర్‌లీన్ మరియు ఇతరులు నివేదించారు.అదనంగా, గువాయ్ మరియు ఇతరులు.సేంద్రీయ సౌర ఘటాల యొక్క ఆప్టికల్ లక్షణాలను కూడా మెరుగుపరిచింది.6 అందువలన, లేజర్ స్ట్రక్చరింగ్ అనేది ఉపరితల పదార్థం యొక్క నియంత్రిత అబ్లేషన్ ద్వారా అధిక-రిజల్యూషన్ నిర్మాణ మూలకాల ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది1.
అటువంటి ఆవర్తన ఉపరితల నిర్మాణాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి తగిన లేజర్ స్ట్రక్చరింగ్ టెక్నిక్ డైరెక్ట్ లేజర్ ఇంటర్‌ఫరెన్స్ షేపింగ్ (DLIP).DLIP అనేది మైక్రోమీటర్ మరియు నానోమీటర్ పరిధిలోని లక్షణాలతో నమూనా ఉపరితలాలను రూపొందించడానికి రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లేజర్ కిరణాల సమీప-ఉపరితల జోక్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.లేజర్ కిరణాల సంఖ్య మరియు ధ్రువణతపై ఆధారపడి, DLIP అనేక రకాల టోపోగ్రాఫిక్ ఉపరితల నిర్మాణాలను రూపొందించగలదు మరియు సృష్టించగలదు.DLIP నిర్మాణాలను లేజర్-ప్రేరిత ఆవర్తన ఉపరితల నిర్మాణాలతో (LIPSS) మిళితం చేసి ఒక సంక్లిష్టమైన నిర్మాణాత్మక క్రమానుగత 8,9,10,11,12తో ఉపరితల స్థలాకృతిని సృష్టించడం ఒక ఆశాజనకమైన విధానం.ప్రకృతిలో, ఈ సోపానక్రమాలు సింగిల్-స్కేల్ మోడల్‌ల కంటే మెరుగైన పనితీరును అందిస్తాయి13.
LIPSS ఫంక్షన్ అనేది రేడియేషన్ ఇంటెన్సిటీ డిస్ట్రిబ్యూషన్ యొక్క పెరుగుతున్న సమీప-ఉపరితల మాడ్యులేషన్ ఆధారంగా స్వీయ-అంప్లిఫైయింగ్ ప్రక్రియ (పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్)కి లోబడి ఉంటుంది.అనువర్తిత లేజర్ పప్పుల సంఖ్య 14, 15, 16 పెరిగినందున ఇది నానోరఫ్‌నెస్‌లో పెరుగుదల కారణంగా ఉంది. ప్రధానంగా వక్రీభవన మరియు విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రంతో ఉద్గార తరంగం 15,17,18,19,20,21 జోక్యం కారణంగా మాడ్యులేషన్ జరుగుతుంది. చెల్లాచెదురుగా ఉన్న తరంగ భాగాలు లేదా ఉపరితల ప్లాస్మోన్లు.LIPSS ఏర్పడటం కూడా పప్పుల సమయం 22,23 ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది.ప్రత్యేకించి, అధిక ఉత్పాదకత ఉపరితల చికిత్సలకు అధిక సగటు లేజర్ శక్తులు ఎంతో అవసరం.దీనికి సాధారణంగా అధిక పునరావృత రేట్లను ఉపయోగించడం అవసరం, అంటే MHz పరిధిలో.పర్యవసానంగా, లేజర్ పప్పుల మధ్య సమయ దూరం తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ఉష్ణ సంచిత ప్రభావాలకు దారితీస్తుంది 23, 24, 25, 26. ఈ ప్రభావం ఉపరితల ఉష్ణోగ్రతలో మొత్తం పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది, ఇది లేజర్ అబ్లేషన్ సమయంలో నమూనా యంత్రాంగాన్ని గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.
మునుపటి పనిలో, రుడెంకో మరియు ఇతరులు.మరియు టిజిబిడిస్ మరియు ఇతరులు.ఉష్ణప్రసరణ నిర్మాణాల ఏర్పాటుకు సంబంధించిన ఒక విధానం చర్చించబడింది, వేడి చేరడం పెరిగేకొద్దీ ఇది చాలా ముఖ్యమైనదిగా మారుతుంది19,27.అదనంగా, బాయర్ మరియు ఇతరులు.మైక్రోన్ ఉపరితల నిర్మాణాలతో ఉష్ణ సంచితం యొక్క క్లిష్టమైన మొత్తాన్ని పరస్పరం అనుసంధానించండి.ఈ ఉష్ణ ప్రేరిత నిర్మాణ ప్రక్రియ ఉన్నప్పటికీ, ప్రక్రియ యొక్క ఉత్పాదకత కేవలం పునరావృత రేటును పెంచడం ద్వారా మెరుగుపరచబడుతుందని సాధారణంగా నమ్ముతారు.అయినప్పటికీ, ఉష్ణ నిల్వలో గణనీయమైన పెరుగుదల లేకుండా ఇది సాధించబడదు.అందువల్ల, ప్రక్రియ గతిశాస్త్రం మరియు నిర్మాణ ఆకృతిని మార్చకుండా బహుళస్థాయి టోపోలాజీని అందించే ప్రక్రియ వ్యూహాలు అధిక పునరావృత రేట్లకు పోర్టబుల్ కాకపోవచ్చు 9,12.ఈ విషయంలో, ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత DLIP నిర్మాణ ప్రక్రియను ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో పరిశోధించడం చాలా ముఖ్యం, ప్రత్యేకించి LIPSS ఏకకాలంలో ఏర్పడటం వలన లేయర్డ్ ఉపరితల నమూనాలను తయారు చేసేటప్పుడు.
ps పప్పులను ఉపయోగించి స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ యొక్క DLIP ప్రాసెసింగ్ సమయంలో ఫలిత ఉపరితల స్థలాకృతిపై ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడం ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం.లేజర్ ప్రాసెసింగ్ సమయంలో, హీటింగ్ ప్లేట్‌ని ఉపయోగించి నమూనా సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 250 \(^\circ\)C వరకు తీసుకురాబడింది.ఫలితంగా ఉపరితల నిర్మాణాలు కన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోపీ, స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఎనర్జీ-డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించి వర్గీకరించబడ్డాయి.
ప్రయోగాల మొదటి శ్రేణిలో, స్టీల్ సబ్‌స్ట్రేట్ రెండు-బీమ్ DLIP కాన్ఫిగరేషన్‌ను ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయబడింది, ఇది 4.5 µm యొక్క ప్రాదేశిక వ్యవధి మరియు ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ }\)C, ఇకపై “వేడి చేయని » ఉపరితలంగా సూచించబడుతుంది.ఈ సందర్భంలో, పల్స్ అతివ్యాప్తి \(o_{\mathrm {p}}\) అనేది స్పాట్ పరిమాణం యొక్క విధిగా రెండు పల్స్‌ల మధ్య దూరం.ఇది 99.0% (స్థానానికి 100 పప్పులు) నుండి 99.67% (స్థానానికి 300 పప్పులు) వరకు మారుతూ ఉంటుంది.అన్ని సందర్భాల్లో, గరిష్ట శక్తి సాంద్రత \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (జోక్యం లేకుండా గాస్సియన్ సమానం కోసం) మరియు పునరావృత ఫ్రీక్వెన్సీ f = 200 kHz ఉపయోగించబడ్డాయి.లేజర్ పుంజం యొక్క ధ్రువణ దిశ పొజిషనింగ్ టేబుల్ (Fig. 1a) యొక్క కదలికకు సమాంతరంగా ఉంటుంది, ఇది రెండు-బీమ్ జోక్యం నమూనా ద్వారా సృష్టించబడిన సరళ జ్యామితి దిశకు సమాంతరంగా ఉంటుంది.స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (SEM) ఉపయోగించి పొందిన నిర్మాణాల యొక్క ప్రతినిధి చిత్రాలు అంజీర్లో చూపబడ్డాయి.1a-c.స్థలాకృతి పరంగా SEM చిత్రాల విశ్లేషణకు మద్దతుగా, మూల్యాంకనం చేయబడిన నిర్మాణాలపై ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్‌లు (FFTలు, డార్క్ ఇన్‌సెట్‌లలో చూపబడ్డాయి) ప్రదర్శించబడ్డాయి.అన్ని సందర్భాల్లో, ఫలితంగా DLIP జ్యామితి 4.5 µm ప్రాదేశిక వ్యవధితో కనిపిస్తుంది.
కేసు కోసం \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% అంజీర్ ముదురు ప్రాంతంలో.1a, జోక్యం గరిష్ట స్థానానికి అనుగుణంగా, చిన్న సమాంతర నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్న పొడవైన కమ్మీలను గమనించవచ్చు.అవి నానోపార్టికల్ లాంటి స్థలాకృతితో కప్పబడిన ప్రకాశవంతమైన బ్యాండ్‌లతో ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి.ఎందుకంటే పొడవైన కమ్మీల మధ్య సమాంతర నిర్మాణం లేజర్ పుంజం యొక్క ధ్రువణానికి లంబంగా కనిపిస్తుంది మరియు \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm, కొద్దిగా లేజర్ తరంగదైర్ఘ్యం కంటే తక్కువ \(\lambda\) (532 nm) తక్కువ ప్రాదేశిక ఫ్రీక్వెన్సీ (LSFL-I)15,18తో LIPSS అని పిలువబడుతుంది.LSFL-I FFTలో s-రకం సిగ్నల్ అని పిలవబడే "s" స్కాటరింగ్15,20ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.అందువల్ల, సిగ్నల్ బలమైన కేంద్ర నిలువు మూలకానికి లంబంగా ఉంటుంది, ఇది DLIP నిర్మాణం (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\సుమారు\) 4.5 µm) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది.FFT ఇమేజ్‌లోని DLIP నమూనా యొక్క సరళ నిర్మాణం ద్వారా రూపొందించబడిన సిగ్నల్‌ను "DLIP-రకం"గా సూచిస్తారు.
DLIP ఉపయోగించి సృష్టించబడిన ఉపరితల నిర్మాణాల యొక్క SEM చిత్రాలు.గరిష్ట శక్తి సాంద్రత \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (నో-నాయిస్ గాస్సియన్ సమానం కోసం) మరియు పునరావృత రేటు f = 200 kHz.చిత్రాలు నమూనా ఉష్ణోగ్రత, ధ్రువణత మరియు అతివ్యాప్తిని చూపుతాయి.స్థానికీకరణ దశ యొక్క కదలిక (a)లో నల్లని బాణంతో గుర్తించబడింది.బ్లాక్ ఇన్సెట్ 37.25\(\times\)37.25 µm SEM ఇమేజ్ నుండి పొందిన సంబంధిత FFTని చూపుతుంది (వేవ్‌వెక్టర్ \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200 అయ్యే వరకు చూపబడుతుంది nm).ప్రక్రియ పారామితులు ప్రతి చిత్రంలో సూచించబడతాయి.
మూర్తి 1లో మరింతగా చూస్తే, \(o_{\mathrm {p}}\) అతివ్యాప్తి పెరిగేకొద్దీ, సిగ్మోయిడ్ సిగ్నల్ FFT యొక్క x-యాక్సిస్ వైపు ఎక్కువగా కేంద్రీకృతమై ఉన్నట్లు మీరు చూడవచ్చు.మిగిలిన LSFL-I మరింత సమాంతరంగా ఉంటుంది.అదనంగా, s-రకం సిగ్నల్ యొక్క సాపేక్ష తీవ్రత తగ్గింది మరియు DLIP-రకం సిగ్నల్ యొక్క తీవ్రత పెరిగింది.ఇది మరింత అతివ్యాప్తితో పెరుగుతున్న కందకాలు కారణంగా ఉంది.అలాగే, రకం s మరియు కేంద్రం మధ్య x-యాక్సిస్ సిగ్నల్ తప్పనిసరిగా LSFL-I వలె అదే ధోరణితో కూడిన నిర్మాణం నుండి రావాలి కానీ ఎక్కువ కాలం (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\సుమారు \ ) 1.4 ± 0.2 µm) చిత్రం 1cలో చూపిన విధంగా).అందువల్ల, వాటి నిర్మాణం కందకం మధ్యలో గుంటల నమూనా అని భావించబడుతుంది.కొత్త ఫీచర్ ఆర్డినేట్ యొక్క అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో (పెద్ద వేవ్‌నంబర్) కూడా కనిపిస్తుంది.కందకం యొక్క వాలులపై సమాంతర అలల నుండి సిగ్నల్ వస్తుంది, చాలా మటుకు సంఘటనల జోక్యం మరియు వాలులపై ముందుకు-ప్రతిబింబించే కాంతి కారణంగా.కింది వాటిలో, ఈ అలలను LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), మరియు వాటి సంకేతాలు – రకం -s \ (_ {\mathrm {p)) \) ద్వారా సూచించబడతాయి.
తదుపరి ప్రయోగంలో, నమూనా యొక్క ఉష్ణోగ్రత "వేడి" ఉపరితలం అని పిలవబడే క్రింద 250 °C వరకు తీసుకురాబడింది.మునుపటి విభాగంలో (Fig. 1a-1c) పేర్కొన్న ప్రయోగాల మాదిరిగానే అదే ప్రాసెసింగ్ వ్యూహం ప్రకారం నిర్మాణాన్ని చేపట్టారు.SEM చిత్రాలు అంజీర్ 1d-fలో చూపిన విధంగా ఫలిత స్థలాకృతిని వర్ణిస్తాయి.నమూనాను 250 Cకి వేడి చేయడం LSFL యొక్క రూపాన్ని పెంచడానికి దారితీస్తుంది, దీని దిశ లేజర్ ధ్రువణానికి సమాంతరంగా ఉంటుంది.ఈ నిర్మాణాలను LSFL-IIగా వర్గీకరించవచ్చు మరియు 247 ± 35 nm యొక్క ప్రాదేశిక వ్యవధి \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) ఉంటుంది.అధిక మోడ్ ఫ్రీక్వెన్సీ కారణంగా FFTలో LSFL-II సిగ్నల్ ప్రదర్శించబడదు.\(o_{\mathrm {p}}\) 99.0 నుండి 99.67\(\%\) (Fig. 1d–e)కి పెరిగినందున, ప్రకాశవంతమైన బ్యాండ్ ప్రాంతం యొక్క వెడల్పు పెరిగింది, ఇది DLIP సిగ్నల్ కనిపించడానికి దారితీసింది. అధిక పౌనఃపున్యాల కంటే ఎక్కువ.తరంగ సంఖ్యలు (తక్కువ పౌనఃపున్యాలు) తద్వారా FFT మధ్యలోకి మారతాయి.Fig. 1dలోని గుంటల వరుసలు LSFL-I22,27కి లంబంగా ఏర్పడిన పొడవైన కమ్మీలు అని పిలవబడే పూర్వగాములు కావచ్చు.అదనంగా, LSFL-II పొట్టిగా మరియు సక్రమంగా ఆకారంలో ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది.ఈ సందర్భంలో నానోగ్రెయిన్ పదనిర్మాణ శాస్త్రంతో ప్రకాశవంతమైన బ్యాండ్‌ల సగటు పరిమాణం తక్కువగా ఉంటుందని కూడా గమనించండి.అదనంగా, ఈ నానోపార్టికల్స్ యొక్క పరిమాణ పంపిణీ వేడి చేయకుండా కంటే తక్కువ చెదరగొట్టబడింది (లేదా తక్కువ కణాల సముదాయానికి దారితీసింది).గుణాత్మకంగా, ఇది వరుసగా 1a, d లేదా b, e బొమ్మలను పోల్చడం ద్వారా అంచనా వేయబడుతుంది.
అతివ్యాప్తి \(o_{\mathrm {p}}\) 99.67% (Fig. 1f)కి మరింత పెరగడంతో, పెరుగుతున్న స్పష్టమైన ఫర్రోల కారణంగా ఒక ప్రత్యేక స్థలాకృతి క్రమంగా ఉద్భవించింది.అయితే, ఈ పొడవైన కమ్మీలు అంజీర్ 1cలో కంటే తక్కువ ఆర్డర్ మరియు తక్కువ లోతుగా కనిపిస్తాయి.చిత్రం యొక్క కాంతి మరియు చీకటి ప్రాంతాల మధ్య తక్కువ వ్యత్యాసం నాణ్యతలో చూపబడుతుంది.ఈ ఫలితాలు c పై ఉన్న FFTతో పోల్చితే, ఫిగ్. 1fలోని FFT ఆర్డినేట్ యొక్క బలహీనమైన మరియు మరింత చెల్లాచెదురుగా ఉన్న సిగ్నల్ ద్వారా మరింత మద్దతునిస్తుంది.గణాంకాలు 1b మరియు e లను పోల్చినప్పుడు వేడి చేయడంలో కూడా చిన్న స్ట్రైయే స్పష్టంగా కనిపించింది, ఇది తరువాత కన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోపీ ద్వారా నిర్ధారించబడింది.
మునుపటి ప్రయోగంతో పాటు, లేజర్ పుంజం యొక్క ధ్రువణాన్ని 90 \(^{\circ}\)తో తిప్పారు, దీని వలన ధ్రువణ దిశను పొజిషనింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌కు లంబంగా తరలించడానికి కారణమైంది.అంజీర్ న.2a-c నిర్మాణ నిర్మాణం యొక్క ప్రారంభ దశలను చూపుతుంది, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% అన్‌హీట్ చేయని (a), వేడి చేయబడిన (b) మరియు వేడి చేయబడిన 90\(^{\ circ }\ ) – కేస్ భ్రమణ ధ్రువణతతో (సి).నిర్మాణాల యొక్క నానోటోగ్రఫీని దృశ్యమానం చేయడానికి, రంగు చతురస్రాలతో గుర్తించబడిన ప్రాంతాలు అంజీర్లో చూపబడ్డాయి.2d, విస్తరించిన స్థాయిలో.
DLIP ఉపయోగించి సృష్టించబడిన ఉపరితల నిర్మాణాల యొక్క SEM చిత్రాలు.ప్రక్రియ పారామితులు Fig.1 లో వలె ఉంటాయి.చిత్రం నమూనా ఉష్ణోగ్రత \(T_s\), ధ్రువణత మరియు పల్స్ అతివ్యాప్తి \(o_\mathrm {p}\) చూపిస్తుంది.బ్లాక్ ఇన్సెట్ మళ్లీ సంబంధిత ఫోరియర్ పరివర్తనను చూపుతుంది.(d)-(i)లోని చిత్రాలు (a)-(c)లో గుర్తించబడిన ప్రాంతాల మాగ్నిఫికేషన్‌లు.
ఈ సందర్భంలో, Fig. 2b,c యొక్క ముదురు ప్రాంతాల్లోని నిర్మాణాలు ధ్రువణానికి సున్నితంగా ఉంటాయి మరియు అందువల్ల LSFL-II14, 20, 29, 30 అని లేబుల్ చేయబడ్డాయి. ముఖ్యంగా, LSFL-I యొక్క విన్యాసాన్ని కూడా తిప్పారు ( Fig. 2g, i), ఇది సంబంధిత FFTలో s-రకం సిగ్నల్ యొక్క ధోరణి నుండి చూడవచ్చు.LSFL-I పీరియడ్ యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ కాలం bతో పోలిస్తే పెద్దదిగా కనిపిస్తుంది మరియు దాని పరిధి మరింత విస్తృతంగా ఉన్న s-రకం సిగ్నల్ ద్వారా సూచించబడినట్లుగా, Fig. 2cలో చిన్న కాలాల వైపుకు మార్చబడింది.అందువలన, క్రింది LSFL ప్రాదేశిక కాలాన్ని వేర్వేరు వేడి ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నమూనాలో గమనించవచ్చు: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 418\(\pm 65\) nm వద్ద 21 ^{ \circ }\ )C (Fig. 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm మరియు \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II s పోలరైజేషన్ కోసం }} \) = 247 ± 35 nm 250°C (Fig. 2b) వద్ద.దీనికి విరుద్ధంగా, p-పోలరైజేషన్ మరియు 250 \(^{\circ }\)C యొక్క ప్రాదేశిక కాలం \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\ ) nm మరియు \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (Fig. 2c).
ముఖ్యంగా, నమూనా ఉష్ణోగ్రతను పెంచడం ద్వారా, ఉపరితల స్వరూపం (i) LSFL-I మూలకాలను మాత్రమే కలిగి ఉన్న ఉపరితలం మరియు (ii) LSFL-IIతో కప్పబడిన ప్రాంతంతో సహా రెండు తీవ్రతల మధ్య మారగలదని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి.లోహ ఉపరితలాలపై ఈ నిర్దిష్ట రకమైన LIPSS ఏర్పడటం ఉపరితల ఆక్సైడ్ పొరలతో అనుబంధించబడినందున, శక్తి చెదరగొట్టే ఎక్స్-రే విశ్లేషణ (EDX) నిర్వహించబడింది.టేబుల్ 1 పొందిన ఫలితాలను సంగ్రహిస్తుంది.ప్రతి నిర్ణయం ప్రాసెస్ చేయబడిన నమూనా యొక్క ఉపరితలంపై వేర్వేరు ప్రదేశాలలో కనీసం నాలుగు స్పెక్ట్రాలను సగటున నిర్వహించడం ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.కొలతలు వేర్వేరు నమూనా ఉష్ణోగ్రతలు \(T_\mathrm{s}\) మరియు నిర్మాణాత్మక లేదా నిర్మాణాత్మక ప్రాంతాలను కలిగి ఉన్న నమూనా ఉపరితలం యొక్క విభిన్న స్థానాల్లో నిర్వహించబడతాయి.EDX విశ్లేషణ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ చొచ్చుకుపోయే లోతులో, చికిత్స చేయబడిన కరిగిన ప్రాంతం క్రింద నేరుగా ఉండే లోతైన ఆక్సిడైజ్ చేయని పొరల గురించి కూడా కొలతలు సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటాయి.అయినప్పటికీ, ఆక్సిజన్ కంటెంట్‌ను లెక్కించే సామర్థ్యంలో EDX పరిమితం చేయబడిందని గమనించాలి, కాబట్టి ఇక్కడ ఈ విలువలు గుణాత్మక అంచనాను మాత్రమే ఇవ్వగలవు.
నమూనాల యొక్క చికిత్స చేయని భాగాలు అన్ని ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలలో గణనీయమైన మొత్తంలో ఆక్సిజన్‌ను చూపించలేదు.లేజర్ చికిత్స తర్వాత, అన్ని సందర్భాలలో ఆక్సిజన్ స్థాయిలు పెరిగాయి31.చికిత్స చేయని రెండు నమూనాల మధ్య ఎలిమెంటల్ కంపోజిషన్‌లో వ్యత్యాసం వాణిజ్య ఉక్కు నమూనాల కోసం ఊహించినట్లుగా ఉంది మరియు హైడ్రోకార్బన్ కాలుష్యం కారణంగా AISI 304 స్టీల్ కోసం తయారీదారు డేటా షీట్‌తో పోలిస్తే గణనీయంగా ఎక్కువ కార్బన్ విలువలు కనుగొనబడ్డాయి.
గ్రూవ్ అబ్లేషన్ డెప్త్ తగ్గడానికి మరియు LSFL-I నుండి LSFL-IIకి మారడానికి గల కారణాలను చర్చించే ముందు, పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ (PSD) మరియు ఎత్తు ప్రొఫైల్‌లు ఉపయోగించబడతాయి.
(i) ఉపరితలం యొక్క క్వాసి-టూ-డైమెన్షనల్ సాధారణీకరించిన పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ (Q2D-PSD) గణాంకాలు 1 మరియు 2. 1 మరియు 2లో SEM ఇమేజ్‌లుగా చూపబడింది. PSD సాధారణీకరించబడినందున, మొత్తం సిగ్నల్‌లో తగ్గుదల ఉండాలి స్థిరమైన భాగం (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\), చూపబడలేదు), అంటే సున్నితత్వం పెరుగుదలగా అర్థం.(ii) సంబంధిత సగటు ఉపరితల ఎత్తు ప్రొఫైల్.నమూనా ఉష్ణోగ్రత \(T_s\), అతివ్యాప్తి \(o_{\mathrm {p}}\), మరియు పొజిషనింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్ కదలిక యొక్క ఓరియంటేషన్ \(\vec {v}\)కి సంబంధించి లేజర్ పోలరైజేషన్ E అన్ని ప్లాట్‌లలో చూపబడ్డాయి.
SEM ఇమేజ్‌ల యొక్క ముద్రను లెక్కించడానికి, x లేదా y దిశలో అన్ని ఒక-డైమెన్షనల్ (1D) పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీస్ (PSDలు) సరాసరి సెట్ చేయడం ద్వారా సెట్ చేయబడిన ప్రతి పరామితికి కనీసం మూడు SEM ఇమేజ్‌ల నుండి సగటు సాధారణీకరించిన పవర్ స్పెక్ట్రమ్ ఉత్పత్తి చేయబడింది.సిగ్నల్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ షిఫ్ట్ మరియు స్పెక్ట్రమ్‌కు దాని సాపేక్ష సహకారం చూపే సంబంధిత గ్రాఫ్ అంజీర్ 3iలో చూపబడింది.
అంజీర్ న.3ia, c, e, DLIP శిఖరం \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ (^{- 1}\) లేదా అతివ్యాప్తి పెరిగే కొద్దీ సంబంధిత అధిక హార్మోనిక్స్ \(o_{\mathrm {p))\).ప్రాథమిక వ్యాప్తిలో పెరుగుదల LRIB నిర్మాణం యొక్క బలమైన అభివృద్ధితో ముడిపడి ఉంది.వాలు యొక్క ఏటవాలుతో అధిక హార్మోనిక్స్ యొక్క వ్యాప్తి పెరుగుతుంది.దీర్ఘచతురస్రాకార ఫంక్షన్లను పరిమితం చేసే సందర్భాల కోసం, ఉజ్జాయింపుకు అత్యధిక సంఖ్యలో పౌనఃపున్యాలు అవసరం.కాబట్టి, PSDలో 1.4 µm\(^{-1}\) గరిష్ట స్థాయి మరియు సంబంధిత హార్మోనిక్స్‌ను గాడి ఆకృతికి నాణ్యతా పరామితులుగా ఉపయోగించవచ్చు.
దీనికి విరుద్ధంగా, అంజీర్ 3(i)b,d,fలో చూపినట్లుగా, వేడిచేసిన నమూనా యొక్క PSD సంబంధిత హార్మోనిక్స్‌లో తక్కువ సిగ్నల్‌తో బలహీనమైన మరియు విస్తృత శిఖరాలను చూపుతుంది.అదనంగా, అంజీర్ లో.3(i)f రెండవ హార్మోనిక్ సిగ్నల్ ప్రాథమిక సిగ్నల్‌ను కూడా మించిందని చూపిస్తుంది.ఇది వేడిచేసిన నమూనా (\(T_s\) = 21\(^\circ\)Cతో పోలిస్తే) యొక్క మరింత క్రమరహిత మరియు తక్కువ ఉచ్ఛారణ DLIP నిర్మాణాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది.మరొక లక్షణం ఏమిటంటే, అతివ్యాప్తి \(o_{\mathrm {p}}\) పెరిగేకొద్దీ, ఫలితంగా LSFL-I సిగ్నల్ చిన్న వేవ్‌నంబర్ (ఎక్కువ వ్యవధి) వైపు మారుతుంది.DLIP మోడ్ యొక్క అంచుల యొక్క పెరిగిన ఏటవాలు మరియు సంఘటనల కోణంలో సంబంధిత స్థానిక పెరుగుదల ద్వారా దీనిని వివరించవచ్చు14,33.ఈ ధోరణిని అనుసరించి, LSFL-I సిగ్నల్ యొక్క విస్తరణను కూడా వివరించవచ్చు.నిటారుగా ఉండే వాలులతో పాటు, DLIP నిర్మాణం యొక్క శిఖరాల దిగువన మరియు పైన చదునైన ప్రాంతాలు కూడా ఉన్నాయి, ఇది LSFL-I కాలాల విస్తృత శ్రేణిని అనుమతిస్తుంది.అధిక శోషక పదార్థాల కోసం, LSFL-I కాలం సాధారణంగా అంచనా వేయబడుతుంది:
ఇక్కడ \(\theta\) అనేది సంఘటనల కోణం, మరియు సబ్‌స్క్రిప్ట్‌లు s మరియు p వేర్వేరు ధ్రువణాలను సూచిస్తాయి33.
మూర్తి 4లో చూపిన విధంగా, DLIP సెటప్ కోసం సంభవం యొక్క విమానం సాధారణంగా పొజిషనింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్ యొక్క కదలికకు లంబంగా ఉంటుందని గమనించాలి (మెటీరియల్స్ మరియు మెథడ్స్ విభాగాన్ని చూడండి).అందువల్ల, s- ధ్రువణత, ఒక నియమం వలె, దశ యొక్క కదలికకు సమాంతరంగా ఉంటుంది మరియు p- ధ్రువణత దానికి లంబంగా ఉంటుంది.సమీకరణం ప్రకారం.(1), s-పోలరైజేషన్ కోసం, చిన్న వేవ్‌నంబర్‌ల వైపు LSFL-I సిగ్నల్ యొక్క స్ప్రెడ్ మరియు షిఫ్ట్ ఆశించబడుతుంది.కందకం లోతు పెరిగే కొద్దీ \(\theta\) మరియు కోణీయ పరిధి \(\theta \pm \delta \theta\) పెరగడం దీనికి కారణం.Fig. 3ia,c,eలోని LSFL-I శిఖరాలను పోల్చడం ద్వారా దీనిని చూడవచ్చు.
అంజీర్లో చూపిన ఫలితాల ప్రకారం.1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) అంజీర్‌లోని సంబంధిత PSDలో కూడా కనిపిస్తుంది.3ie.అంజీర్ న.3ig,h p-polarization కోసం PSDని చూపుతుంది.వేడిచేసిన మరియు వేడి చేయని నమూనాల మధ్య DLIP శిఖరాలలో వ్యత్యాసం ఎక్కువగా కనిపిస్తుంది.ఈ సందర్భంలో, LSFL-I నుండి సిగ్నల్ DLIP పీక్ యొక్క అధిక హార్మోనిక్స్‌తో అతివ్యాప్తి చెందుతుంది, ఇది లేసింగ్ తరంగదైర్ఘ్యం సమీపంలో ఉన్న సిగ్నల్‌కు జోడించబడుతుంది.
ఫలితాలను మరింత వివరంగా చర్చించడానికి, Fig. 3iiలో వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద DLIP లీనియర్ ఎత్తు పంపిణీ యొక్క పప్పుల మధ్య నిర్మాణాత్మక లోతు మరియు అతివ్యాప్తిని చూపుతుంది.DLIP నిర్మాణం మధ్యలో పది వ్యక్తిగత నిలువు ఎత్తు ప్రొఫైల్‌లను సగటున ఉపయోగించడం ద్వారా ఉపరితలం యొక్క నిలువు ఎత్తు ప్రొఫైల్ పొందబడింది.ప్రతి అనువర్తిత ఉష్ణోగ్రత కోసం, పెరుగుతున్న పల్స్ అతివ్యాప్తితో నిర్మాణం యొక్క లోతు పెరుగుతుంది.వేడిచేసిన నమూనా యొక్క ప్రొఫైల్ s-పోలరైజేషన్ కోసం 0.87 µm మరియు p-పోలరైజేషన్ కోసం 1.06 µm సగటు పీక్-టు-పీక్ (pvp) విలువలతో పొడవైన కమ్మీలను చూపుతుంది.దీనికి విరుద్ధంగా, అన్‌హీట్ చేయని నమూనా యొక్క s-పోలరైజేషన్ మరియు p-పోలరైజేషన్ వరుసగా 1.75 µm మరియు 2.33 µm pvpని చూపుతాయి.సంబంధిత pvp అంజీర్‌లోని ఎత్తు ప్రొఫైల్‌లో చిత్రీకరించబడింది.3ii.ప్రతి PvP సగటు ఎనిమిది సింగిల్ PvPల సగటు ద్వారా లెక్కించబడుతుంది.
అదనంగా, అంజీర్ లో.3iig,h స్థాన వ్యవస్థ మరియు గాడి కదలికకు లంబంగా p-పోలరైజేషన్ ఎత్తు పంపిణీని చూపుతుంది.1.75 µm pvp వద్ద ఉన్న s-పోలరైజేషన్‌తో పోలిస్తే 2.33 µm వద్ద p-polarization యొక్క దిశ కొంచెం ఎక్కువ pvpకి దారితీసినందున గాడి యొక్క లోతుపై సానుకూల ప్రభావం చూపుతుంది.ఇది పొజిషనింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్ సిస్టమ్ యొక్క పొడవైన కమ్మీలు మరియు కదలికలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.పి-పోలరైజేషన్ (Fig. 2f,h చూడండి) విషయంలో పోలిస్తే s-పోలరైజేషన్ విషయంలో చిన్న నిర్మాణం వల్ల ఈ ప్రభావం ఏర్పడవచ్చు, ఇది తదుపరి విభాగంలో మరింత చర్చించబడుతుంది.
వేడిచేసిన నమూనాల విషయంలో ప్రధాన LIPS తరగతి (LSFL-I నుండి LSFL-II)లో మార్పు కారణంగా గాడి లోతు తగ్గడాన్ని వివరించడం చర్చ యొక్క ఉద్దేశ్యం.కాబట్టి ఈ క్రింది ప్రశ్నలకు సమాధానం ఇవ్వండి:
మొదటి ప్రశ్నకు సమాధానమివ్వడానికి, అబ్లేషన్లో తగ్గింపుకు బాధ్యత వహించే యంత్రాంగాలను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం అవసరం.సాధారణ సంఘటనల వద్ద ఒకే పల్స్ కోసం, అబ్లేషన్ లోతును ఇలా వర్ణించవచ్చు:
ఇక్కడ \(\delta _{\mathrm {E}}\) అనేది శక్తి వ్యాప్తి లోతు, \(\Phi\) మరియు \(\Phi _{\mathrm {th}}\) అనేది శోషణ పటిమ మరియు అబ్లేషన్ ఫ్లూయెన్స్ త్రెషోల్డ్, వరుసగా34 .
గణితశాస్త్రపరంగా, శక్తి వ్యాప్తి యొక్క లోతు అబ్లేషన్ యొక్క లోతుపై గుణకార ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అయితే శక్తిలో మార్పు సంవర్గమాన ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది.కాబట్టి ఫ్లూయెన్స్ మార్పులు \(\Delta z\)ని \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) ప్రభావితం చేయవు.అయినప్పటికీ, బలమైన ఆక్సీకరణ (ఉదాహరణకు, క్రోమియం ఆక్సైడ్ ఏర్పడటం వలన) Cr-Cr బంధాలతో పోలిస్తే బలమైన Cr-O35 బంధాలకు దారితీస్తుంది, తద్వారా అబ్లేషన్ థ్రెషోల్డ్ పెరుగుతుంది.పర్యవసానంగా, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) ఇకపై సంతృప్తి చెందదు, ఇది శక్తి ఫ్లక్స్ సాంద్రత తగ్గడంతో అబ్లేషన్ డెప్త్‌లో వేగంగా తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది.అదనంగా, ఆక్సీకరణ స్థితి మరియు LSFL-II కాలం మధ్య సహసంబంధం తెలుసు, ఇది నానోస్ట్రక్చర్‌లోని మార్పులు మరియు ఉపరితల ఆక్సీకరణం వల్ల కలిగే ఉపరితలం యొక్క ఆప్టికల్ లక్షణాల ద్వారా వివరించబడుతుంది30,35.అందువల్ల, శోషణ ఫ్లూయెన్స్ \(\Phi\) యొక్క ఖచ్చితమైన ఉపరితల పంపిణీ నిర్మాణ కాలం మరియు ఆక్సైడ్ పొర యొక్క మందం మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క సంక్లిష్ట డైనమిక్స్ కారణంగా ఉంటుంది.కాలాన్ని బట్టి, ఫీల్డ్‌లో పదునైన పెరుగుదల, ఉపరితల ప్లాస్మోన్‌ల ఉత్తేజితం, అసాధారణ కాంతి బదిలీ లేదా వికీర్ణం 17,19,20,21 కారణంగా శోషించబడిన శక్తి ప్రవాహం యొక్క పంపిణీని నానోస్ట్రక్చర్ బలంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.అందువల్ల, \(\Phi\) ఉపరితలం దగ్గర గట్టిగా అసమానంగా ఉంటుంది మరియు \(\డెల్టా _ {E}\) బహుశా ఒక శోషణ గుణకం \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt}}తో సాధ్యం కాదు ^ { -1} \ approx \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) మొత్తం సమీప ఉపరితల వాల్యూమ్ కోసం.ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్ యొక్క మందం ఎక్కువగా పటిష్టత సమయం [26]పై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి, నామకరణ ప్రభావం నమూనా ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్‌లోని మూర్తి S1లో చూపిన ఆప్టికల్ మైక్రోగ్రాఫ్‌లు ఆప్టికల్ లక్షణాలలో మార్పులను సూచిస్తాయి.
1d,e మరియు 2b,c మరియు 3(ii)b,d,f లలో చిన్న ఉపరితల నిర్మాణాల విషయంలో ఈ ప్రభావాలు పాక్షికంగా లోతులేని కందకం లోతును వివరిస్తాయి.
LSFL-II సెమీకండక్టర్స్, డైలెక్ట్రిక్స్ మరియు ఆక్సీకరణకు గురయ్యే పదార్థాలపై ఏర్పడుతుంది14,29,30,36,37.తరువాతి సందర్భంలో, ఉపరితల ఆక్సైడ్ పొర యొక్క మందం ముఖ్యంగా ముఖ్యమైనది30.నిర్వహించిన EDX విశ్లేషణ నిర్మాణాత్మక ఉపరితలంపై ఉపరితల ఆక్సైడ్ల ఏర్పాటును వెల్లడించింది.అందువలన, వేడి చేయని నమూనాల కోసం, పరిసర ఆక్సిజన్ వాయు కణాల పాక్షికంగా ఏర్పడటానికి మరియు పాక్షికంగా ఉపరితల ఆక్సైడ్లు ఏర్పడటానికి దోహదం చేస్తుంది.రెండు దృగ్విషయాలు ఈ ప్రక్రియకు గణనీయమైన సహకారాన్ని అందిస్తాయి.దీనికి విరుద్ధంగా, వేడిచేసిన నమూనాల కోసం, వివిధ ఆక్సీకరణ స్థితుల యొక్క మెటల్ ఆక్సైడ్లు (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, etc.) 38 అనుకూలంగా ఉన్నాయి.అవసరమైన ఆక్సైడ్ పొరతో పాటు, సబ్‌వేవ్‌లెంగ్త్ కరుకుదనం, ప్రధానంగా అధిక ప్రాదేశిక ఫ్రీక్వెన్సీ LIPSS (HSFL) ఉనికిని కలిగి ఉండటం, అవసరమైన సబ్‌వేవ్‌లెంగ్త్ (d-రకం) తీవ్రత మోడ్‌లను రూపొందించడానికి అవసరం.చివరి LSFL-II తీవ్రత మోడ్ అనేది HSFL వ్యాప్తి మరియు ఆక్సైడ్ మందం యొక్క విధి.ఈ మోడ్‌కు కారణం HSFL ద్వారా చెల్లాచెదురుగా ఉన్న కాంతి యొక్క దూర-క్షేత్ర జోక్యం మరియు కాంతి పదార్థంలోకి వక్రీభవనం మరియు ఉపరితల విద్యుద్వాహక పదార్థం లోపల ప్రచారం చేయడం.సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్స్ విభాగంలోని మూర్తి S2లోని ఉపరితల నమూనా అంచు యొక్క SEM చిత్రాలు ముందుగా ఉన్న HSFLని సూచిస్తాయి.ఈ బయటి ప్రాంతం తీవ్రత పంపిణీ యొక్క అంచు ద్వారా బలహీనంగా ప్రభావితమవుతుంది, ఇది HSFL ఏర్పడటానికి అనుమతిస్తుంది.తీవ్రత పంపిణీ యొక్క సమరూపత కారణంగా, ఈ ప్రభావం స్కానింగ్ దిశలో కూడా జరుగుతుంది.
నమూనా తాపనము అనేక విధాలుగా LSFL-II నిర్మాణ ప్రక్రియను ప్రభావితం చేస్తుంది.ఒకవైపు, నమూనా ఉష్ణోగ్రతలో పెరుగుదల \(T_\mathrm{s}\) కరిగిన పొర యొక్క మందం కంటే ఘనీభవనం మరియు శీతలీకరణ రేటుపై చాలా ఎక్కువ ప్రభావం చూపుతుంది26.అందువలన, వేడిచేసిన నమూనా యొక్క ద్రవ ఇంటర్‌ఫేస్ ఎక్కువ కాలం పాటు పరిసర ఆక్సిజన్‌కు బహిర్గతమవుతుంది.అదనంగా, ఆలస్యమైన ఘనీభవనం ద్రవ ఉక్కుతో ఆక్సిజన్ మరియు ఆక్సైడ్ల మిశ్రమాన్ని పెంచే సంక్లిష్ట ఉష్ణప్రసరణ ప్రక్రియల అభివృద్ధిని అనుమతిస్తుంది.వ్యాప్తి ద్వారా మాత్రమే ఏర్పడిన ఆక్సైడ్ పొర యొక్క మందాన్ని పోల్చడం ద్వారా దీనిని ప్రదర్శించవచ్చు (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) సంబంధిత గడ్డకట్టే సమయం \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns, మరియు డిఫ్యూజన్ కోఎఫీషియంట్ \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/ s) LSFL-II నిర్మాణంలో గణనీయంగా ఎక్కువ మందం గమనించబడింది లేదా అవసరం.మరోవైపు, హీటింగ్ HSFL ఏర్పడటాన్ని కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు అందువల్ల LSFL-II d-రకం ఇంటెన్సిటీ మోడ్‌లోకి మారడానికి అవసరమైన స్కాటరింగ్ వస్తువులు.ఉపరితలం క్రింద చిక్కుకున్న నానోవాయిడ్‌ల బహిర్గతం HSFL39 ఏర్పడటంలో వారి ప్రమేయాన్ని సూచిస్తుంది.ఈ లోపాలు అవసరమైన అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ ఆవర్తన తీవ్రత నమూనాల కారణంగా HSFL యొక్క విద్యుదయస్కాంత మూలాన్ని సూచిస్తాయి14,17,19,29.అదనంగా, ఈ జనరేట్ ఇంటెన్సిటీ మోడ్‌లు పెద్ద సంఖ్యలో నానోవాయిడ్స్‌తో మరింత ఏకరీతిగా ఉంటాయి.అందువల్ల, \(T_\mathrm{s}\) పెరిగే కొద్దీ స్ఫటిక లోపాల యొక్క డైనమిక్స్‌లో మార్పు ద్వారా HSFL సంభవం పెరగడానికి కారణాన్ని వివరించవచ్చు.
సిలికాన్ యొక్క శీతలీకరణ రేటు అంతర్గత ఇంటర్‌స్టీషియల్ సూపర్‌సాచురేషన్‌కు కీలకమైన పరామితి అని మరియు తద్వారా డిస్‌లోకేషన్స్ ఏర్పడటంతో పాయింట్ లోపాలు పేరుకుపోవడానికి ఇటీవలే చూపబడింది40,41.స్వచ్ఛమైన లోహాల మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ సిమ్యులేషన్‌లు త్వరితగతిన పునఃస్ఫటికీకరణ సమయంలో ఖాళీలు సూపర్‌సాచురేట్ అవుతాయని చూపించాయి మరియు అందువల్ల లోహాలలో ఖాళీల సంచితం ఇదే పద్ధతిలో కొనసాగుతుంది42,43,44.అదనంగా, వెండి యొక్క ఇటీవలి ప్రయోగాత్మక అధ్యయనాలు పాయింట్ లోపాలు చేరడం వలన శూన్యాలు మరియు సమూహాలు ఏర్పడే విధానంపై దృష్టి సారించాయి.అందువల్ల, నమూనా \(T_\mathrm {s}\) యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో పెరుగుదల మరియు, తత్ఫలితంగా, శీతలీకరణ రేటులో తగ్గుదల HSFL యొక్క కేంద్రకాలు అయిన శూన్యాలు ఏర్పడటాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది.
ఖాళీలు కావిటీలకు అవసరమైన పూర్వగాములు మరియు అందువల్ల HSFL అయితే, నమూనా ఉష్ణోగ్రత \(T_s\) రెండు ప్రభావాలను కలిగి ఉండాలి.ఒకవైపు, \(T_s\) రీక్రిస్టలైజేషన్ రేటును ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు తత్ఫలితంగా, పెరిగిన క్రిస్టల్‌లో పాయింట్ డిఫెక్ట్‌ల (ఖాళీ ఏకాగ్రత) ఏకాగ్రత.మరోవైపు, ఇది ఘనీభవనం తర్వాత శీతలీకరణ రేటును కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది, తద్వారా క్రిస్టల్ 40,41లో పాయింట్ లోపాల వ్యాప్తిని ప్రభావితం చేస్తుంది.అదనంగా, ఘనీభవన రేటు స్ఫటికాకార ధోరణిపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు పాయింట్ లోపాలు42,43 యొక్క వ్యాప్తి వలె చాలా అనిసోట్రోపిక్‌గా ఉంటుంది.ఈ ఆవరణ ప్రకారం, పదార్థం యొక్క అనిసోట్రోపిక్ ప్రతిస్పందన కారణంగా, కాంతి మరియు పదార్థం యొక్క పరస్పర చర్య అనిసోట్రోపిక్ అవుతుంది, ఇది శక్తి యొక్క ఈ నిర్ణయాత్మక ఆవర్తన విడుదలను పెంచుతుంది.పాలీక్రిస్టలైన్ పదార్థాల కోసం, ఈ ప్రవర్తనను ఒకే ధాన్యం పరిమాణంతో పరిమితం చేయవచ్చు.వాస్తవానికి, LIPSS నిర్మాణం ధాన్యం ధోరణిని బట్టి ప్రదర్శించబడింది46,47.కాబట్టి, స్ఫటికీకరణ రేటుపై నమూనా ఉష్ణోగ్రత \(T_s\) ప్రభావం ధాన్యం ధోరణి ప్రభావం వలె బలంగా ఉండకపోవచ్చు.అందువల్ల, వివిధ ధాన్యాల యొక్క విభిన్న స్ఫటికాకార ధోరణి వరుసగా HSFL లేదా LSFL-II యొక్క శూన్యాలు మరియు సంకలనం పెరుగుదలకు సంభావ్య వివరణను అందిస్తుంది.
ఈ పరికల్పన యొక్క ప్రారంభ సూచనలను స్పష్టం చేయడానికి, ఉపరితలానికి దగ్గరగా ధాన్యం ఏర్పడటాన్ని బహిర్గతం చేయడానికి ముడి నమూనాలు చెక్కబడ్డాయి.అంజీర్లో ధాన్యాల పోలిక.S3 అనుబంధ పదార్థంలో చూపబడింది.అదనంగా, LSFL-I మరియు LSFL-II వేడిచేసిన నమూనాలపై సమూహాలలో కనిపించాయి.ఈ సమూహాల పరిమాణం మరియు జ్యామితి ధాన్యం పరిమాణానికి అనుగుణంగా ఉంటాయి.
అంతేకాకుండా, HSFL దాని ఉష్ణప్రసరణ మూలం19,29,48 కారణంగా తక్కువ ఫ్లక్స్ సాంద్రత వద్ద ఇరుకైన పరిధిలో మాత్రమే సంభవిస్తుంది.అందువల్ల, ప్రయోగాలలో, ఇది బహుశా బీమ్ ప్రొఫైల్ యొక్క అంచు వద్ద మాత్రమే జరుగుతుంది.అందువల్ల, HSFL ఆక్సీకరణం చెందని లేదా బలహీనంగా ఆక్సిడైజ్ చేయబడిన ఉపరితలాలపై ఏర్పడింది, ఇది చికిత్స చేయబడిన మరియు చికిత్స చేయని నమూనాల ఆక్సైడ్ భిన్నాలను పోల్చినప్పుడు స్పష్టంగా కనిపించింది (టేబుల్ రిఫ్టాబ్: ఉదాహరణ చూడండి).ఆక్సైడ్ పొర ప్రధానంగా లేజర్ ద్వారా ప్రేరేపించబడిందనే ఊహను ఇది నిర్ధారిస్తుంది.
ఇంటర్-పల్స్ ఫీడ్‌బ్యాక్ కారణంగా LIPSS నిర్మాణం సాధారణంగా పప్పుల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి, పల్స్ అతివ్యాప్తి పెరుగుతున్నందున HSFLలను పెద్ద నిర్మాణాలతో భర్తీ చేయవచ్చు.తక్కువ సాధారణ HSFL ఫలితంగా LSFL-II ఏర్పడటానికి అవసరమైన తక్కువ సాధారణ తీవ్రత నమూనా (d-మోడ్) వస్తుంది.కాబట్టి, \(o_\mathrm {p}\) యొక్క అతివ్యాప్తి పెరిగే కొద్దీ (de నుండి Fig. 1 చూడండి), LSFL-II యొక్క క్రమబద్ధత తగ్గుతుంది.
ఈ అధ్యయనం లేజర్ నిర్మాణాత్మక DLIP చికిత్స స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ యొక్క ఉపరితల స్వరూపంపై ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని పరిశోధించింది.సబ్‌స్ట్రేట్‌ను 21 నుండి 250°C వరకు వేడి చేయడం వలన s-పోలరైజేషన్‌లో అబ్లేషన్ లోతు 1.75 నుండి 0.87 µm వరకు తగ్గుతుందని మరియు p-పోలరైజేషన్‌లో 2.33 నుండి 1.06 µm వరకు తగ్గుతుందని కనుగొనబడింది.ఈ తగ్గుదల LSFL-I నుండి LSFL-IIకి LIPSS రకంలో మార్పు కారణంగా ఉంది, ఇది అధిక నమూనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద లేజర్-ప్రేరిత ఉపరితల ఆక్సైడ్ పొరతో అనుబంధించబడింది.అదనంగా, పెరిగిన ఆక్సీకరణ కారణంగా LSFL-II థ్రెషోల్డ్ ఫ్లక్స్‌ను పెంచుతుంది.అధిక పల్స్ అతివ్యాప్తి, సగటు శక్తి సాంద్రత మరియు సగటు పునరావృత రేటుతో ఈ సాంకేతిక వ్యవస్థలో, LSFL-II యొక్క సంభవం నమూనా వేడి చేయడం వల్ల కలిగే డిస్‌లోకేషన్ డైనమిక్స్‌లో మార్పు ద్వారా కూడా నిర్ణయించబడుతుంది.LSFL-II యొక్క అగ్రిగేషన్ ధాన్యం ధోరణి-ఆధారిత నానోవాయిడ్ నిర్మాణం కారణంగా ఊహించబడింది, ఇది LSFL-IIకి పూర్వగామిగా HSFLకి దారి తీస్తుంది.అదనంగా, నిర్మాణ కాలం మరియు నిర్మాణ కాలం యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్‌పై ధ్రువణ దిశ యొక్క ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడుతుంది.అబ్లేషన్ డెప్త్ పరంగా DLIP ప్రక్రియకు p-పోలరైజేషన్ మరింత సమర్థవంతంగా పనిచేస్తుందని తేలింది.మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం అనుకూలీకరించిన ఉపరితల నమూనాలను రూపొందించడానికి DLIP అబ్లేషన్ యొక్క లోతును నియంత్రించడానికి మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి ప్రక్రియ పారామితుల సమితిని కనుగొంటుంది.చివరగా, LSFL-I నుండి LSFL-IIకి పరివర్తన పూర్తిగా వేడితో నడిచేది మరియు పెరిగిన ఉష్ణ పెరుగుదల కారణంగా స్థిరమైన పల్స్ అతివ్యాప్తితో పునరావృత రేటులో చిన్న పెరుగుదల అంచనా వేయబడుతుంది24.ఈ అంశాలన్నీ DLIP ప్రక్రియను విస్తరించే రాబోయే సవాలుకు సంబంధించినవి, ఉదాహరణకు బహుభుజి స్కానింగ్ సిస్టమ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా.వేడిని తగ్గించడానికి, కింది వ్యూహాన్ని అనుసరించవచ్చు: బహుభుజి స్కానర్ యొక్క స్కానింగ్ వేగాన్ని వీలైనంత ఎక్కువగా ఉంచండి, పెద్ద లేజర్ స్పాట్ పరిమాణం, స్కానింగ్ దిశకు ఆర్తోగోనల్ ప్రయోజనాన్ని పొందడం మరియు సరైన అబ్లేషన్‌ను ఉపయోగించడం.ఫ్లూయెన్స్ 28. అదనంగా, ఈ ఆలోచనలు DLIPని ఉపయోగించి అధునాతన ఉపరితల కార్యాచరణ కోసం సంక్లిష్ట క్రమానుగత స్థలాకృతిని సృష్టించడానికి అనుమతిస్తాయి.
ఈ అధ్యయనంలో, ఎలక్ట్రోపాలిష్డ్ స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ప్లేట్లు (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0.8 mm మందం ఉపయోగించబడ్డాయి.ఉపరితలం నుండి ఏదైనా కలుషితాలను తొలగించడానికి, లేజర్ చికిత్సకు ముందు నమూనాలను జాగ్రత్తగా ఇథనాల్‌తో కడుగుతారు (ఇథనాల్ యొక్క సంపూర్ణ సాంద్రత \(\ge\) 99.9%).
DLIP సెట్టింగ్ మూర్తి 4లో చూపబడింది. నమూనాలు 532 nm తరంగదైర్ఘ్యం మరియు 50 MHz గరిష్ట పునరావృత రేటుతో 12 ps అల్ట్రాషార్ట్ పల్సెడ్ లేజర్ సోర్స్‌తో కూడిన DLIP సిస్టమ్‌ను ఉపయోగించి నిర్మించబడ్డాయి.పుంజం శక్తి యొక్క ప్రాదేశిక పంపిణీ గాస్సియన్.నమూనాపై సరళ నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన ఆప్టిక్స్ డ్యూయల్-బీమ్ ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రిక్ కాన్ఫిగరేషన్‌ను అందిస్తాయి.100 mm ఫోకల్ లెంగ్త్ ఉన్న లెన్స్ 6.8\(^\circ\) స్థిర కోణంలో ఉపరితలంపై రెండు అదనపు లేజర్ కిరణాలను సూపర్‌మోస్ చేస్తుంది, ఇది దాదాపు 4.5 µm ప్రాదేశిక వ్యవధిని ఇస్తుంది.ప్రయోగాత్మక సెటప్ గురించి మరింత సమాచారం మరెక్కడా కనుగొనబడుతుంది50.
లేజర్ ప్రాసెసింగ్‌కు ముందు, నమూనా ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద తాపన ప్లేట్‌లో ఉంచబడుతుంది.తాపన ప్లేట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 21 మరియు 250 ° C వద్ద సెట్ చేయబడింది.అన్ని ప్రయోగాలలో, ఆప్టిక్స్‌పై దుమ్ము నిక్షేపణను నిరోధించడానికి ఎగ్జాస్ట్ పరికరంతో కలిపి సంపీడన గాలి యొక్క విలోమ జెట్ ఉపయోగించబడింది.నిర్మాణ సమయంలో నమూనాను ఉంచడానికి x,y స్టేజ్ సిస్టమ్ సెటప్ చేయబడింది.
వరుసగా 99.0 నుండి 99.67 \(\%\) పప్పుల మధ్య అతివ్యాప్తిని పొందేందుకు పొజిషనింగ్ స్టేజ్ సిస్టమ్ యొక్క వేగం 66 నుండి 200 mm/s వరకు మారుతూ ఉంటుంది.అన్ని సందర్భాల్లో, పునరావృత రేటు 200 kHz వద్ద నిర్ణయించబడింది మరియు సగటు శక్తి 4 W, ఇది 20 μJ యొక్క పల్స్‌కు శక్తిని ఇచ్చింది.DLIP ప్రయోగంలో ఉపయోగించిన బీమ్ వ్యాసం సుమారు 100 µm, మరియు ఫలితంగా గరిష్ట లేజర్ శక్తి సాంద్రత 0.5 J/cm\(^{2}\).యూనిట్ ప్రాంతానికి విడుదల చేయబడిన మొత్తం శక్తి \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm కోసం 50 J/cm\(^2\)కి సంబంధించిన గరిష్ట సంచిత ఫ్లూయెన్స్. \(^2\) కోసం \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) మరియు \(o_{ \mathrm {p} }\ కోసం 150 J/cm\(^2\) ) = 99.67 \(\%\).లేజర్ పుంజం యొక్క ధ్రువణాన్ని మార్చడానికి \(\lambda\)/2 ప్లేట్ ఉపయోగించండి.ఉపయోగించిన ప్రతి సెట్ పారామీటర్‌ల కోసం, నమూనాపై సుమారుగా 35 × 5 mm\(^{2}\) వైశాల్యం ఉంటుంది.పారిశ్రామిక అనువర్తనాన్ని నిర్ధారించడానికి అన్ని నిర్మాణాత్మక ప్రయోగాలు పరిసర పరిస్థితులలో నిర్వహించబడ్డాయి.
50x మాగ్నిఫికేషన్ మరియు 170 nm మరియు 3 nm యొక్క ఆప్టికల్ మరియు నిలువు రిజల్యూషన్‌తో కాన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోప్‌ను ఉపయోగించి నమూనాల పదనిర్మాణం పరిశీలించబడింది.సేకరించిన టోపోగ్రాఫిక్ డేటా అప్పుడు ఉపరితల విశ్లేషణ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగించి మూల్యాంకనం చేయబడింది.ISO 1661051 ప్రకారం భూభాగ డేటా నుండి ప్రొఫైల్‌లను సంగ్రహించండి.
6.0 kV వేగవంతమైన వోల్టేజ్ వద్ద స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌ను ఉపయోగించి నమూనాలు కూడా వర్గీకరించబడ్డాయి.15 kV వేగవంతమైన వోల్టేజ్ వద్ద ఎనర్జీ-డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) అటాచ్‌మెంట్‌ని ఉపయోగించి నమూనాల ఉపరితలం యొక్క రసాయన కూర్పు మూల్యాంకనం చేయబడింది.అదనంగా, నమూనాల మైక్రోస్ట్రక్చర్ యొక్క గ్రాన్యులర్ పదనిర్మాణాన్ని గుర్తించడానికి 50x లక్ష్యంతో ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించబడింది. దీనికి ముందు, నమూనాలను హైడ్రోక్లోరిక్ యాసిడ్ మరియు 15-20 \(\%\) మరియు 1\( నైట్రిక్ యాసిడ్ గాఢతతో స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ స్టెయిన్‌లో ఐదు నిమిషాల పాటు 50 \(^\circ\)C స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద చెక్కారు. -<\)5 \(\%\), వరుసగా. దీనికి ముందు, నమూనాలను హైడ్రోక్లోరిక్ యాసిడ్ మరియు 15-20 \(\%\) మరియు 1\( నైట్రిక్ యాసిడ్ గాఢతతో స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ స్టెయిన్‌లో ఐదు నిమిషాల పాటు 50 \(^\circ\)C స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద చెక్కారు. -<\)5 \(\%\), వరుసగా. పెరెడ్ ఎటిమ్ ఒబ్రాజీ ట్రావిలి ప్రై పోస్టోయానోయ్ టెంపెరటురే 50 \(^\ సర్కిల్\)సీవ్ టేచనియర్ ప్యాటీస్ మినుట్ విత్ క్రాస్ соляной и азотной кислотами концентрацией 15-20 \(\%\) మరియు 1\( -<\)5 \( \%\) సోట్వెట్స్ట్వెన్నో. దీనికి ముందు, నమూనాలను 50 \(^\circ\)C స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఐదు నిమిషాల పాటు స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ పెయింట్‌లో హైడ్రోక్లోరిక్ మరియు నైట్రిక్ యాసిడ్‌లతో 15-20 \(\%\) మరియు 1\( గాఢతతో చెక్కారు. -<\)5 \( \%\) వరుసగా.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C 的恒温蚀刻五分钟，盐酸麔分钟，盐酸麔分钟，盐酸麔分钟，盐酸靸\和1\( -<\)5 \ (\%\),分别。.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\)，分别。దీనికి ముందు, హైడ్రోక్లోరిక్ మరియు నైట్రిక్ యాసిడ్‌లు 15-20 \(\%\) మరియు 1 గాఢతతో స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ కోసం ఒక స్టెయినింగ్ ద్రావణంలో నమూనాలను 50 \(^\circ\)C స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఐదు నిమిషాలు ఊరగాయగా ఉంచారు. \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) వరుసగా.
రెండు-బీమ్ DLIP సెటప్ యొక్క ప్రయోగాత్మక సెటప్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం, ఇందులో (1) ఒక లేజర్ పుంజం, (2) ఒక \(\lambda\)/2 ప్లేట్, (3) ఒక నిర్దిష్ట ఆప్టికల్ కాన్ఫిగరేషన్‌తో కూడిన DLIP హెడ్, (4 ) ఒక హాట్ ప్లేట్, (5) ఒక క్రాస్-ఫ్లూయిడ్ , (6) x,y స్థాన దశలు మరియు (7) స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ నమూనాలు.ఎడమవైపున ఎరుపు రంగులో సర్కిల్ చేయబడిన రెండు సూపర్‌పోజ్డ్ కిరణాలు, నమూనాపై \(2\theta\) కోణాల్లో (s- మరియు p-పోలరైజేషన్‌తో సహా) సరళ నిర్మాణాలను సృష్టిస్తాయి.
ప్రస్తుత అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన మరియు/లేదా విశ్లేషించబడిన డేటాసెట్‌లు సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయితల నుండి అందుబాటులో ఉంటాయి.
పోస్ట్ సమయం: జనవరి-07-2023