Une décomposition ultra-rapide de la silice (en 160 fs !) à l’origine de la biréfringence
Les dommages créés dans la silice dans le régime 2 sont tels qu’une forte biréfringence est observée. Elle serait principalement due à une biréfringence de forme due à un réseau de nanoplans espacés de l’ordre de 300 nm et de 30 nm d’épaisseur. Cette découverte a été faite par un de nos collaborateurs (P. Kazansky de l’ORC Southampton) avec qui nous collaborons au travers d’un PHC (Partenariat Hubert Curien) et d’un contrat Européen (FP7-PEOPLE-IRSES). Il restait à déterminer la nature de ces nanoplans. Certains y voyaient des fractures, d’autres des déplétions d’oxygène. Nous avons élucidé cette question en analysant la structure intime de ces nanoplans avec le nouveau FEG-MEB de l’ICMMO (MEB équipé d’un canon à effet de champ).
Ces nanoplans sont donc formés par une décomposition de la silice. Ce résultat important a été publié en 2013 dans la revue « Laser and Photonics Review ». Bertrand et moi-même avons suggéré un modèle basé sur un chauffage électronique (les électrons peuvent acquérir une énergie allant jusque 30-40eV) conduisant à une expulsion (répulsion) des atomes d’oxygène ionisés par l’excitation. Les atomes d’oxygène se retrouve ainsi en position interstitielle et se recombine pour former des nano-bulles d’oxygène comme nous l’avons montré au moyen de la spectroscopie Raman (Figure de droite) ainsi qu’en RPE à basse température. Suivant la densité de bulles et compte tenu des forces de cisaillement, cela peut produire à des fracturations du matériau sous la forme de nanoplans comme cela est observé dans les travaux de C. Hnatovsky. Cette décomposition de la silice en nanoplans poreux (Figure de gauche) ne peut s’effectuer, contrairement à la modification de la Tf, que par accumulation d’une impulsion à la suivante. Comme la matière s’est complètement refroidie entre les impulsions, nous avons proposé une accumulation de défauts ponctuels tels que des lacunes en oxygènes SiODC(II) ou des NBOHC.
Image en électrons secondaires du clivage d’une trace laser (modifications de type II). La partie contrastée représente la zone qui a été irradiée par le laser. Les zones apparaissant blanches sont des zones qui, bien que ayant été irradiées, sont restées dense, alors que les parties qui présentent des trous (porosités) sont les nanoplans (cf encart de la figure de gauche) qui ont été clivés dans leur plan. La figure de droite montre des spectres Raman révélant la formation d'oxygène moléculaire.