超快激光辐照薄膜金属玻璃构建高密度纳米孔

薄膜金属玻璃由Zr₆₅Cu₃₅组成，在氩气气氛下通过磁控溅射锆和铜靶材获得。通过控制施加到靶材上的放电电流来调整薄膜的成分。图1a-b分别显示了样品的表面和横截面的SEM图像。观察到的柱状形貌是通过溅射获得的样品的典型特征。柱状形貌的宽度和表面光滑度，可以通过调整氩气工作压力和降低的温度来调节。图1c为快速激光实验示意图。

II 纳米孔的拓扑结构和化学特征

III 双脉冲激光辐照的周期性纳米结构

图6a-d显示了在HAADF-STEM模式下使用不同倍数下获得的STEM图像。HSFL深度约为15至20 nm，这解释了SEM分析观察到的低对比度以及TFMG初始柱状轮廓的结构不规则性。纳米孔是可见的，并且沿着FIB薄片随机分布。它们的形态与单脉冲获得的形态略有不同。纳米孔似乎比单脉冲实验中的小，并且大部分“封闭”在样品表面下方，这表明空化过程受到更多限制。沿着整个FIB薄片可以看到样品表面上的高对比度层。在单脉冲激光辐照的情况下，这也出现在纳米孔周围。该层厚度约为10 nm，包含纳米晶体，图6d可以看到不同方向的原子晶格。EELS和EDS元素分布图(图6f和g)表明，表面中的深色对比层和纳米孔周围的区域主要含有锆和高氧浓度，而铜含量极低。

为了确认纳米孔优先出现在间隙内和单斜氧化锆的形成的机理，在含有预先形成的间隙的Zr-Cu金属玻璃表面上进行了激光辐照模拟。图7a显示了激光辐照后纳米腔的形成及其成核动力学。模拟结果表明，在辐照前存在的空隙间隙中获得纳米孔直径约为15 nm，而出现在辐照表面下方纳米孔直径约为40 nm，这与实验获得的纳米孔的特性相似。选取纳米孔周围的两个温度(图7b)和压力(图7c)图。典型纳米孔周围的压力达到GPa数量级，平均温度约为3000 K。在快速凝固之前发生锆的优先氧化以及铜原子的扩散。在冷却过程中，锆纳米晶体稳定在单斜晶相中。

IV 结论

本文，Zr₆₅Cu₃₅基薄膜金属玻璃的超快激光辐照的实验和理论揭示了产生的纳米孔均匀的分布在薄膜表面并能够引发氧化锆纳米晶体的生长。通过单脉冲和双脉冲激光辐照，这些结构和形貌改变以可重现和可控的方式同时发生。这些结果证明了制造具有单一柱状形态的Zr-Cu薄膜金属玻璃的整个精细加工过程的控制能力，从而推动由控制浓度和均匀性组成的嵌入式纳米孔和纳米周期条纹构成的双重图案的形成。这些均匀分布的纳米孔为基于纳米级液体存储和增强TFMG机械性能的应用开辟了道路。