我們日常使用的電子和光學設備，如移動電話、LED和太陽能電池，使用的晶體管和其他成分不斷變得更小、更緊湊。隨著對計算能力、存儲和能源效率的需求不斷增長，這種趨勢只會繼續發展到新的極致。

為電子設備生產如此小的部件需要加工和製備亞微米尺度的結構，最多可以比人類頭髮的寬度小數百倍。但目前的納米表面加工方法使用的是光刻和電子束光刻–這些方法複雜、極其昂貴，通常無法進入，而且需要高水平的專業知識。

激光誘導的周期性表面結構（LIPSS）已被指定為這些方法的一個新的和有前景的替代方法。在LIPSS中，飛秒激光器被用來提供超短的激光脈衝，從而在表面上自發地形成比激光波長小得多的周期性圖案。

LIPSS中一個眾所周知的參數是激光波長的選擇，它直接影響到所形成結構的周期性。然而，其他參數仍然是未知的。關於LIPSS的標準化使用的主要關注點包括形成的表面結構的質量，即基材的結晶度、潛在的缺陷和應變。為了始終如一地生產出具有可控性能和特點的LIPSS，以滿足特定的應用，關鍵是要了解哪種激光源應該用於哪種特定的需求。

通過對激光特性的適當選擇，激光誘導的周期性表面結構（LIPSS）可以通過操縱其缺陷、應變和周期性，為特定的應用進行調整和定制。資料來源：名古屋工業大學的Reina Miyagawa

為了更深入地回答這些問題，一個由名古屋工業大學的科學家領導的日本研究合作，現在已經直接調查了受激光選擇影響的各種參數。這項工作與大阪大學、東海大學、京都大學和日本原子能機構（JAEA）合作，由名古屋工業大學的Reina Miyagawa助理教授領導，同時還有大阪大學的Norimasa Ozaki副教授和東海大學的Masaki Hashida教授，後者也是京都大學的一名研究員。他們的研究結果已經發表在《科學報告》雜誌上。

研究人員們解釋說：”在我們的研究中，我們選擇了矽作為基底，因為它是世界上許多光電設備中使用的一種材料，如晶體管、移動電話和太陽能電池。”

研究人員在襯底上使用了兩種不同的飛秒激光器。在一個實驗中，一個脈衝為0.8微米的鈦和藍寶石（Ti:Sapphire）激光系統被用來在高於帶隙能量的能量下構造矽。在另一個實驗中，研究人員使用了一個中紅外脈衝為11.4微米的自由電子激光器，這可以在低於樣品帶隙能量的能量下探測效果。對LIPSS樣品的分析是在顯微鏡和宏觀上進行的。使用透射電子顯微鏡（TEM）研究了微觀的結晶度和純度，而使用同步輻射高能X射線衍射（XRD）研究了更宏觀的應變和廣義結構的穩定性分析。

“當使用Ti:Sapphire激光時，觀察到的LIPSS保留了矽的高度結晶性，但似乎承擔了一些殘餘的應變。相反，由中紅外自由電子激光器形成的LIPSS導致了一些明顯可見的缺陷。然而，該系統沒有任何可觀察到的應變，”宮川博士補充說。

這項研究構成了第一份關於使用同步輻射高能X射線衍射技術對LIPSS的結晶性進行高分辨率、微觀和宏觀觀察的報告。研究結果表明，LIPSS如何通過選擇適當的激光器來操縱其缺陷、應變和周期性，從而為特定的應用進行調整和定制。沿著這些思路繼續研究，可以進一步打開LIPSS廣泛應用的途徑，以實現低成本、簡單、易得的納米結構表面的製造，應用於廣泛的光電設備。