近日，学院黄虎教授团队在单晶硅表面高度有序纳米点阵列的激光图案化研究中取得重要突破。相关研究成果以“Nanosecond Laser Nanopatterning of Highly Ordered Nanodot Arrays on Silicon Surface: Breaking the Monopoly of Femtosecond Lasers”为题发表于国际学术期刊《Laser & Photonics Reviews》。

激光纳米图案化技术作为调控材料表面特性的重要手段，在光学、电子学及生物医学等多个领域展现出广泛的应用前景。传统观点普遍认为，长程有序纳米结构的可控构建通常依赖于飞秒激光等超快激光系统，而纳秒激光由于脉冲持续时间较长，易引发显著热效应，因而被认为难以实现高精度、高质量的纳米尺度加工。如何突破这一限制，实现基于纳秒激光的高效纳米图案化，已成为当前激光微纳加工领域的关键科学问题之一。

本研究首次提出了一种利用纳秒激光实现高度有序纳米点阵列制备的方法。该方法的核心机制包括两个关键过程：一是由纳秒激光诱导的马兰戈尼流辅助低阈值氧化反应，实现了纳米点的初始成核；二是由光学近场增强效应驱动的多米诺骨牌式纳米点生长行为，促使纳米结构逐步演化为周期性有序阵列。通过时域有限差分法（FDTD）仿真建模，揭示了纳秒激光作用下纳米点阵列形成的物理机制。所制备的大面积高度有序纳米点阵列表现出优异的多功能性能，包括对光反射与衍射行为的精确调控、独特的结构色效应以及显著提升的表面增强拉曼散射（SERS）性能。这些特性表明该技术在新型光学器件、高灵敏度传感、显示技术等领域具有广阔的应用潜力。本研究不仅颠覆了纳秒激光受限于热效应而无法胜任高精度纳米加工的传统认知，也为深入理解激光与材料相互作用的物理机制提供了全新的理论视角。

该工作由吉林大学、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所、日本庆应义塾大学等单位科研人员合作完成，丝瓜视频 鼎新学者博士后钱永峰为论文第一作者，黄虎教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、吉林省科技厅、国家重点研发计划、小米青年学者等项目的资助。

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图1 纳米点阵列的微观形貌与特征尺寸

图2 纳米点阵列形成过程中电磁场强度分布的数值模拟