[发明专利]一种基于飞秒激光诱导无定形Ge

说明书

一种基于飞秒激光诱导无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜制备晶态纳米结构的方法，属于飞秒激光应用技术领域。本发明通过在一定能量范围内对单个入射飞秒激光脉冲聚焦光斑大小进行控制，实现了Ge_mSb_nTe_k晶态纳米颗粒加工及大小的控制，当聚焦光斑较大时，可得到较大直径纳米颗粒，缩小聚焦光斑大小，可减小纳米颗粒的直径。综合激光频率及平移台移动速度的控制可进一步实现高一致性、均匀晶态纳米颗粒的大面积高效制备。对比现有纳米结构加工方法，本发明有效提高了纳米结构的加工精度及加工效率，实现了单纳米结构及复合纳米结构的可控制备，同时实现了超快相变材料Ge_mSb_nTe_k纳米结构晶体性质的变化，在信息存储及超材料、纳米天线及光控制等方面具有至关重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及飞秒激光诱导无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜制备晶态纳米结构的方法，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

与传统的长脉冲相比超快激光及其微纳制造具有超快、超强、三维超精密的独特性质,是当代微纳制造方法的前沿之一。作为超快激光的一种，飞秒激光的三个特性，使得飞秒激光微纳加工具有独特的优势。微纳米材料具有多种优异的性能，在光学，光电子学，光子学，等离子体，光生物传感，微纳流体，微流控光学，生物医学等领域具有深远的应用前景。在这些领域中，表面微纳米技术作为一种有效的方法可以改变材料的光学性质，机械性能，化学性能，润湿性以及其它很多性能。飞秒激光表面微纳制造已成为一个新颖且有效的表面处理技术，可在固体表面加工出不同形态的微纳结构，广泛用于光电子、生物传感、微纳流体、生物医药等方面。微纳尺度对光的控制及操控是近代光学研究的重点研究对象。尤其，当结构尺寸小至纳米量级，结构表面的原子与内部的原子在数量上可比拟，这样处于表面的电子产生表面效应，加上结构内部的电子平均自由路程受到结构尺寸的限制而产生的尺寸效应，纳米结构所表现出的光学特性与块体材料有很大的不同。亚波长范围内，金属纳米结构(纳米柱、纳米尖端、纳米颗粒等) 表现出较强的的电子激发及集体震荡(局部表面等离子体)能够对光产生较强的共振响应(局部表面等离子体共振)。对金属纳米结构的形态进行调控使其能够与光磁场分量耦合，可实现光学性质的控制及负折射率元件的制备。然而，金属在光学频率范围内存在较高的欧姆损耗造成较大的吸收和热效应，限制了其在光电子学上的应用。具有较高折射率的电解质/半导体纳米结构也可实现纳米尺度内光的调控及操纵。根据米氏散射理论，由于高折射率电解质纳米结构的共振效应，使得电解质纳米结构同样可用作超材料，实现负磁导率和介电常数。超快相变材料能够在无定形态和晶态之间转变，这两种状态的光学及电学等特性具有较大的差异，使其在数据存储及记忆上具有广泛的应用前景。Ge_mSb_nTe_k具有较好的热稳定性，是一种典型的超快相变材料，在激光作用下可实现无定形态及晶态间的相互转变。有序排列的晶态GeSbTe纳米结构极大的改变了其光学、电学等特性，可广泛应用于光子学、光电子学、热辐射源和生物光学器件中，具有巨大的应用及开发潜力。表面纳米结构的加工时当前纳米制造的一个难点及热点，目前规则排布的纳米结构制备通常需要附加程序获得，如基底模板或掩膜制备等。近期，在文献“Laser fabrication of crystalline siliconanoresonators from an amorphousfilmfor low-loss all-dielectric nanophotonics”中，Dmitriev等人通过采用大脉冲数(数万个，104)飞秒激光直写诱导无定形硅膜去润湿效应，用于制备晶态硅纳米结构。然而这种加工方式对加工平台精确度要求过高用于较小激光直写线切割，且过多的激光脉冲数限制了加工效率，制约了其广泛的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种基于飞秒激光诱导无定形Ge_mSb_nTe_k薄膜制备晶态纳米结构的方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。