Tätä monimutkaista, monifysikaalista ja monimittakaavaista ilmiötä, joka on validoitu kokeellisesti, voidaan nyt hyödyntää laserin ja aineen vuorovaikutuksen hallitsemiseksi, tavoitteena optimoida materiaalien käsittelyä tai toiminnallistaa niitä 3D-rakenteistuksella. Nämä tulokset on julkaistu Physical Review B -lehdessä.
Femtosekunnin pulssilasereilla voidaan luoda voimakas paikallinen vuorovaikutus valon ja aineen välillä. Prosessi on monimutkainen, monifysikaalinen ja monimittakaavainen, sillä erilaisia fysikaalisia prosesseja tapahtuu laajalla aikaskaalalla, femtosekunnista (10-15 s) nanosekunteihin (10-9 s). Tämän ilmiön parempi ymmärtäminen voisi parantaa monia materiaalien käsittely- ja rakenteistamisprosesseja femtosekunnin laserien avulla, joista jotkut ovat jo teollisessa käytössä.
Lasers, plasmat ja fotoniikkaprosessit (LP3, Aix-Marseille Université/CNRS) -laboratorion tiimi on kehittänyt kokeellisen laitteen, joka on suunniteltu keräämään kvantitatiivista tietoa femtosekunnin laserin vuorovaikutuksesta lasin (amorfinen pii) kanssa ilmiön kaikkien aikaskaalojen osalta.
Kaksi laserisäteilyä käytetään, toinen vuorovaikutuksen luomiseen materiaalin kanssa ja toinen optisten mittausten tekemiseen. Siirtojen mittaukset antavat tietoa laserin absorboimasta energiasta materiaalissa, kun taas birefringenssimittaukset - ominaisuus, joka kuvaa materiaalin anisotropiaa - mahdollistavat paikallisesti indusoitujen voimakkaiden paineiden aiheuttamien jännitysten arvioinnin.
Laserin ja aineen vuorovaikutuksen monifysikaalinen malli on kehitetty ottaen huomioon laserimpulssien eteneminen, materiaalin fotoionisaation aiheuttamien elektronien dynamiikka ja materiaalin reaktio vastaanottamaansa energiaan. Tämän mallin avulla suoritetut simulaatiot, jotka on validoitu kokeellisesti, ovat mahdollistaneet materiaalin paikallisten ominaisuuksien aikakehityksen ennustamisen vuorovaikutusprosessin aikana.
Tutkijat ovat arvioineet myös maksimaalisen paikallisen paineen, jonka voimakas ja ultralyhyt laserimpulssi aiheuttaa (>10 GPa), sekä saavutetun lämpötilan (>10.000 K). Lisäksi tutkimus paljasti myös, että toisin kuin yleisesti luullaan, vain matala-amplitudinen ja lyhytikäinen iskuaalto syntyy.