近日，我院黄虎教授团队在激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的晶体学调控与形成机制研究中取得重要进展。相关研究成果以“Crystallographic Regulation of LIPSS Formation on Metal Surface under Randomly Polarized Nanosecond Laser Irradiation”为题，在线发表于领域内国际知名学术期刊《Laser & Photonics Reviews》。

LIPSS是激光与材料相互作用形成的周期性微纳表面结构，在结构色、光学传感和润湿调控等领域具有广阔应用前景。现有研究主要通过调节激光能量、波长及偏振等参数控制其结构形成。然而，固定线偏振方向对能量沉积施加的外部约束，可能掩盖材料内部不同晶粒的响应差异，使晶体学特征对结构形成与演化的贡献难以有效辨识。如何辨明材料自身晶体取向、晶体结构及晶界的作用，是理解和调控多晶金属表面LIPSS的重要科学问题。

针对上述问题，研究团队采用随机偏振纳秒激光，减弱固定偏振方向约束，结合线偏振对照，系统研究了FCC FeCoCrNiMn高熵合金、激光处理后呈FCC+BCC组织的310L不锈钢、BCC 430不锈钢及Ni-P非晶涂层的表面响应。通过表面形貌与电子背散射衍射的关联分析，发现随机偏振下LIPSS呈现显著的晶粒选择性，形成受抑的晶粒在取向空间中具有聚集倾向。滑移面迹线分析表明，LIPSS取向与FCC {111}及BCC {110}面在表面的投影迹线高度相关，揭示了晶体学几何与结构方向选择之间的密切联系。

研究进一步发现，所比较的FCC、FCC+BCC及BCC体系具有相近的结构周期，但有序性与连续性依次降低。晶界附近出现局部弱化、取向调整和交叉结构，晶粒细化则进一步限制周期结构的连续发展。线偏振对照显示，外部偏振方向能够主导LIPSS整体取向，但局部组织引起的形貌差异仍然存在；Ni-P非晶涂层在随机偏振下主要形成无序纳米孔状形貌，在线偏振下则形成取向明确的LIPSS。上述结果支持偏振方向调制与晶体学相关表面响应共同影响LIPSS形成的耦合认识。

本研究通过随机偏振与多材料对照，揭示了晶体学特征对LIPSS形成选择性、取向及有序性的影响，并提出晶体学相关表面扰动通过影响后续能量沉积与多脉冲反馈参与结构演化的机制解释。研究从材料微观组织角度拓展了对激光诱导表面自组织的认识，为通过晶体取向、晶粒尺寸及相组成调节实现周期性表面结构的可控制备提供了依据。

本工作由吉林大学与日本庆应义塾大学科研人员合作完成。我院鼎新学者博士后王超为论文第一作者，黄虎教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、吉林省自然科学基金及“小米青年学者”等项目的资助。

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图1 随机偏振纳秒激光下LIPSS的晶体学调控及其与偏振调制的耦合作用