[发明专利]一种飞秒激光调控GemSbnTek晶态纳米结构几何形态方法

权利要求书

1.一种飞秒激光调控Ge_mSb_nTe_k晶态纳米结构几何形态方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，样本制备：在基底表面镀20～70nm厚的无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜；

步骤二，激光能量调节：利用半波片-偏振片组合及中性密度衰减片调节激光能量使之大于淀积薄膜样本的烧蚀阈值，且激光能量能够连续调节，脉冲能量调节为多脉冲烧蚀阈值的1.2～2.5倍；

步骤三，将被加工样本固定在六维平移台上，通过成像CCD观测，调整光路，确保激光入射方向与所加工样本表面垂直；

步骤四，在线偏振态多脉冲飞秒激光作用下调节不同的线偏振方向，或者对激光偏振态进行调控呈圆偏振态；

在线偏振飞秒激光作用条件下，激光作用区域表面结构沿着高斯形激光分布，自边缘向中心呈现出表面波纹结构-周期性排列纳米结构-单纳米颗粒复合结构，其中表面波纹结构及周期性排列纳米结构排列方向垂直于线偏振激光方向，且周期性排列纳米结构呈长轴垂直于激光偏振方向的各向异性椭球几何形态，中心单纳米颗粒呈现长轴垂直于激光偏振方向的各向异性纺锤形几何形态；

在圆偏振态多脉冲飞秒激光作用下，激光作用区域表面结构沿高斯形激光分布，自边缘向中心呈现均匀排列纳米结构-单纳米颗粒复合结构，其中均匀排列的纳米结构呈现各向同性的球形结构，中心单纳米颗粒亦呈现各向同性的球形几何形态；

在所选基底表面，二氧化硅、硅或SOI材料上淀积无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜采用磁控溅射的方法，厚度范围为20nm～70nm，m，n，k值的选择通过磁控溅射所用靶材成分控制。

2.根据权利要求1所述的一种飞秒激光调控Ge_mSb_nTe_k晶态纳米结构几何形态方法，其特征在于：步骤四中，所述激光偏振态的调控方法包括以下步骤：

(1)在光路中加入半波片，调节半波片光轴与初始激光偏振方向夹角得到沿不同方向的线偏振飞秒激光脉冲；

(2)打开机械开关，借助成像CCD，通过消色差双胶合平凸透镜把激光聚焦到材料表面；

(3)调整入射激光频率并控制机械开关开启时间，使得入射激光脉冲以设定的脉冲个数辐照到被加工样本表面，脉冲个数为100～500；

(4)在不同线偏振激光方向飞秒激光脉冲作用下，在被加工样本表面加工出各向异性复合表面结构；

或者在光路中加入四分之一波片，通过调节波片光轴方向与初始激光偏振方向呈45°夹角得到圆偏振态飞秒激光；在多脉冲圆偏振飞秒激光的作用下，在样本表面加工出几何形态各向同性及排列均匀的复合纳米结构。

3.根据权利要求1所述的一种飞秒激光调控Ge_mSb_nTe_k晶态纳米结构几何形态方法，其特征在于：所述晶态纳米结构几何形态调控方法在于通过采用高斯分布飞秒激光多脉冲作用于无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜表面，基于表面周期性结构产生条件，在1.2～2.5倍多脉冲阈值能量的作用条件下辐照样本表面；根据高斯激光能量分布特点，淀积在薄膜上的脉冲能量将材料表面分为两个物理反应区域，中心超过薄膜烧蚀阈值区域，材料与基底产生热隔离，一方面材料发生融化并在瑞利不稳定性的作用下减小表面积以趋于稳定态，最终在中心凝固形成单个纳米结构；另一方面被切割的圆形薄膜材料在瑞利不稳定性及多脉冲飞秒激光诱导表面周期性结构产生机制的综合影响下在线偏振激光条件下形成垂直于激光偏振方向排列的纳米结构。