?
Hierarchical Surface Structures and Large-Area Nanoscale Gratings in As2S3 and As2Se3 Films Irradiated with Femtosecond Laser Pulses
Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) находят применение в перезаписываемых оптических
накопителях и оптически переключаемых инфракрасных фотонных устройствах благодаря возможности быстрых и обратимых фазовых переходов, а также высоким показателям преломления и пропускания в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне спектра. Сформированные на таких материалах лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры (ЛИППС) открывают широкие перспективы для увеличения емкости хранения информации и создания поляризационно-чувствительных оптических элементов инфракрасной фотоники. В настоящей работе продемонстрирована возможность создания ЛИППС под действием фемтосекундного лазерного излучения (длительность импульса 300 фс, длина волны 515 нм, частота повторения до 2 кГц, энергия импульса от 0,03 до 0,5 Дж) на большой (до 5 мм2) площади
пленок ХСП сульфида мышьяка (As2S3) и селенида мышьяка (As2Se3). Сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия показала, что ЛИППС с различными периодами (170–490 нм) и ориентациями могут сосуществовать в пределах одной облученной области в виде иерархической структуры, образующейся в результате интерференции различных плазмон-поляритонных мод, генерируемых при интенсивном фотовозбуждении неравновесных носителей заряда внутри пленки. Глубина структур варьировалась от 30 до 100 нм. Периоды и ориентации образующихся ЛИППС были численно смоделированы с использованием подхода Сайпа–Друде. Было достигнуто хорошее согласие расчетов с экспериментальными данными.