Estructuras superficiales auto-organizadas generadas por láser

Resumo

En este trabajo se aborda la formación controlada de estructuras periódicas superficiales inducidas por láser, LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structures), producidas mediante pulsos láser de femtosegundos. Primero, se estudia la formación de micro y nanoestructuras amorfas en silicio cristalino. A continuación, se fabrican franjas amorfocristalinas auto-organizadas en superficie (ac-LIPSS) desarrollando control sobre el periodo, el espesor y las dimensiones de dichas franjas. En especial, se descubre cómo seleccionar solo uno de los dos periodos de franjas que se forman al irradiar con ángulo barriendo el haz sobre la muestra en uno u otro sentido. Se indaga asimismo sobre la formación de LIPSS ablativos en metales. En concreto en cobre. Se logra fabricar un régimen en el que se producen dos periodos distintos que coexisten separados espacialmente. Además, dado que el modelo plasmónico tiende a sobrestimar los periodos producidos en irradiaciones oblicuas, se introduce el parámetro de la rugosidad de superficie dando forma a un modelo plasmónico y de rugosidad. Los resultados teóricos se ajustan mucho mejor a las franjas así obtenidas. Por otro lado, en lámina delgada de cobre, se verifica de forma experimental la importancia del número de barridos en la formación de LIPSS, además del fenómeno de franjas viajeras: franjas que aparentemente se desplazan en la superficie de la muestra durante la irradiación. Se discute su papel en la degradación de los LIPSS formados con un único barrido. Se continúa el trabajo para el entendimiento de la formación de LIPSS cambiando a acero. Se descubre el efecto pluma, que permite seleccionar de forma fina el periodo de las franjas invirtiendo el sentido del barrido del haz. Adicionalmente, se adapta el modelo de rugosidad-plasmónico a materiales absorbentes (como es el caso del acero), haciendo uso de una constante dieléctrica efectiva. Por último, se estudia la dinámica de reflectividad en acero mediante técnicas de microscopía con resolución de femtosegundos y de medidas de reflectividad en tiempo real.