Perspective for in-volume machining of solid materials by undersurface focusing of x-ray pulses

We propose and discuss a possible technique of in-depth material processing based on undersurface focusing of intense x-ray pulses. Currently, x-ray free-electron lasers can produce such intense x-ray pulses with femtosecond pulse durations, reaching intensities sufficiently high to cause ultrafast melting of a material after a single laser shot. Here, on the example of silicon crystal we will demonstrate that with a proper choice of pulse parameters and focusing parameters, the already existing nanofocusing setup has a capability to focus hard x rays down to several hundreds micrometers below the material surface. This can trigger the required structural modification in the focal point, without damaging the material above. Potential applications of the new technique are discussed [1].  

[1]. Ichiro Inoue and Beata Ziaja 2024 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 57 192501.

Omawiamy obiecującą technikę wgłębnej obróbki materiałów opartą na ogniskowaniu podpowierzchniowym silnych impulsów promieniowania rentgenowskiego. Obecnie lasery rentgenowskie na swobodnych elektronach mogą wytwarzać pojedyncze impulsy  o femtosekundowym czasie trwania, osiągające natężenia wystarczająco wysokie, aby wywołać ultraszybkie topienie naświetlanego materiału. Tutaj, na przykładzie kryształu krzemu, pokażemy, że przy odpowiednim doborze parametrów impulsu i parametrów ogniskowania, istniejąca już aparatura eksperymentalna ma zdolność ogniskowania twardych promieni rentgenowskich na głębokości do kilkuset mikrometrów pod powierzchnią materiału. Może to wywołać wymaganą modyfikację strukturalną w punkcie ogniskowym, bez uszkadzania materiału powyżej. Potencjalne zastosowania nowej techniki zostały przedstawione w pracy [1].

[1]. Ichiro Inoue i Beata Ziaja 2024 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Fiz. 57 192501.