阪大,フェムト秒レーザー照射後の金属内部挙動観測

大阪大学の研究グループは,フェムト秒レーザー照射直後の金属材料内部の応力,ひずみ,塑性変形の複雑な挙動を示すことに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

フェムト秒レーザーは一般的には固体材料の微細加工や眼科治療,外科手術などに用いられるが,この数年の間に新しい加工法としてフェムト秒レーザー衝撃加工が開発されている。

金属材料にフェムト秒レーザーを照射したときに駆動する衝撃波をフェムト秒レーザー衝撃波と呼び,このフェムト秒レーザー衝撃波を利用した加工法がフェムト秒レーザー衝撃加工。

フェムト秒レーザー衝撃加工によって,物質中に特異な微細構造が作り出され,また,金属材料は鍛えられ強くなり壊れにくくなる。そのため,フェムト秒レーザー衝撃波の特性は,他の衝撃波の特性とは異なる可能性があると思われてきた。しかしながら,フェムト秒レーザー衝撃波による金属材料の変形は超高速であるため,その変形挙動を正確に捉えることはこれまで困難だった。

研究グループは,X線自由電子レーザー施設SACLAのX線自由電子レーザーを用いて,フェムト秒レーザーを照射し衝撃圧縮されて超高速で変形している途中の金属材料の原子の動きを調べた。

金属材料には,工業や地球科学の分野で重要な材料であることと,従来の衝撃圧縮下での挙動が十分に研究されていることから鉄を用いた。

フェムト秒レーザー照射後にX線自由電子レーザーを照射するタイミングを何通りも変えて,それぞれのタイミングにおけるX線回折パターンを取得した。こうすることによって,超高速の原子の動きを捉えることに成功した。

さらにその実験結果を理論的に解析することによって,フェムト秒レーザー照射直後の金属材料内部の応力,ひずみ,塑性変形の複雑な挙動を示すことに成功した。

その結果,フェムト秒レーザー衝撃波による変形の初期過程は,意外にも,従来の衝撃波によるものと同じであることが分かった。また,理論的に予測されていた応力波と歪み波のピークの時間的なずれを,初めて実験的に発見した。

さらに,応力波と歪み波のピークの間に塑性波のピークが存在するという,理論的にも予測されていなかった新しい発見もあった。

研究グループは,この研究成果により,長寿命材料の創成と構造物の延命を可能とするフェムト秒レーザー衝撃加工法のさらなる高度化と,それによるカーボンニュートラルおよび安全・安心社会の実現が期待されるとする。さらに,二律背反の関係にある強度と靭性を両立させる新規材料の設計に新たな道を切り拓くとしている。

キーワード:

関連記事

  • オーテックス、阿南高専発ベンチャーのフェムト秒レーザー加工機を展示【Photonics Innovation 2026】

    オーテックスは、パシフィコ横浜で開催されている「Photonics Innovation 2026」において、阿南工業高等専門学校発のベンチャー企業、ラプラス・テクノロジー(La+)が開発したフェムト秒レーザー加工機「L…

    2026.11.12
  • 車載用LiB市場、2026年は1,682GWhに拡大 レーザー加工の重要性高まる

    矢野経済研究所は、車載用リチウムイオン電池(LiB)の世界市場に関する報告書をまとめた。それによると、2026年は容量ベースで前年比16.6%増の1,682GWhに達する見込みだとしている。同社では電気自動車(BEV)や…

    2026.11.06
  • KEKなど、フェムト秒レーザー顕微鏡で半導体中の正孔を初めて可視化

    高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の福本恵紀特任准教授、筑波大学の吉川康介氏らの研究グループは、フェムト秒レーザーを用いた光電子顕微鏡により、半導体中を流れる正孔(ホール)の空間分布を可視化することに…

    2026.10.21
  • トルンプの2025/26年度年次報告書「semicon」の表紙

    トルンプ、2025年度のEUV事業は9.2%増 レーザー事業は減収

    ドイツのレーザー加工機大手TRUMPF(トルンプ)は、2026年6月30日に終了した2025/26年度の業績を発表した。グループ全体の売上高は前年度比0.2%増の43億4,000万ユーロとほぼ横ばいだったものの、受注高は…

    2026.10.16
  • 東大が挑むAI×先端レーザー加工 Photonics Innovation 2026 プレイベントを開催

    オプトロニクス社は、11月10日(火)~12日(木)にパシフィコ横浜で光技術展示会「Photonics Innovation 2026/パワーレーザーPlus 2026」を開催する。そのプレイベントとして、東京大学 物性…

    2026.10.09

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア