通过高频纳秒激光辐照实现金属玻璃基底的均匀周期性纳米图案化

《Nature Communications》：Uniform periodic nano-patterning of metallic glass substrates via high-frequency nanosecond laser irradiation

　　

摘要

在激光诱导的周期性表面结构中实现高空间均匀性一直是个难题，因为即便是在理论上具有“冷加工”能力的飞秒激光，也无法消除那些会破坏长程有序性的随机缺陷。在这里，我们提出了一种策略，即利用高重复频率的纳秒脉冲——由于强烈的热耗散效应，这类脉冲传统上被认为不适合用于精确的纳米图案制作——在结构均匀的金属玻璃基底上制造出形态均匀的一维LIPSS结构。这一成果是通过利用脉冲间的强关联效应实现的，该效应既能抑制热波动，又能维持相干的光学近场，从而以随机种子为模板形成确定性的图案。通过沿着同一条路径反复扫描，这些一维图案可以转化为规则的二维纳米点阵列。有限差分时域模拟表明，统一的光学近场相互作用主导了从初始的一维有序结构到后续二维重构的整个结构演变过程。该工艺能够在保持金属玻璃基底非晶态和化学成分不变的同时，具备良好的可扩展性。