哈工大《Nature》子刊：实现二维铁电材料超分辨微纳结构图案化可控制造

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传统的聚焦离子束刻蚀、电子束光刻结合离子刻蚀等方法普遍存在成本高、工艺复杂、低效率、高损伤等局限，发展快速高效、灵活可控的纳米图案化方法至关重要。传统激光直写受限于光学衍射极限，最小特征尺寸通常为半波长量级，制约超细纳米结构制备。近年来，光场调制、远场诱导近场效应等激光加工方法在纳米结构制备方面取得进展，但复杂光学系统设计与严苛操作条件限制了其发展。激光诱导周期性表面结构（LIPSS）技术因无需复杂光路和环境条件即可制备微纳阵列结构而备受关注，但材料不可控烧蚀损伤问题阻碍了其在二维材料纳米结构制备中的应用。如何在空气环境中利用激光诱导周期性表面结构制备规则有序的二维材料纳米阵列结构并拓展器件应用仍需深入探索。

针对上述难题，团队提出了一种在空气中利用远场飞秒激光刻蚀技术在多层铌氧碘（NbOI₂）材料上制备超分辨纳米沟槽阵列结构的方法，实现了低至14.5 纳米七十三分之一激光波长（λ/73）的沟槽宽度。结构表征表明，纳米沟槽阵列结构在保留铌氧碘（NbOI₂）单晶本征结构特征的同时，形成了宽度仅3.2纳米的非晶态氧化铌（Nb₂O₅）边缘。团队经过数值模拟与实验研究，揭示了纳米沟槽阵列结构的形成机制源于飞秒激光诱导的表面等离激元周期场与纳米沟槽局域近场增强效应的耦合作用，通过调控激光脉冲数、能量密度及偏振方向等参数，实现了纳米沟槽间距、密度与取向的精确调控，同时基于纳米沟槽阵列结构带来的丰富的铌氧碘-氧化铌（NbOI₂-Nb₂O₅）异质结及其协同作用机制，制备了基于纳米沟槽阵列结构的铌氧碘（NbOI₂）气体传感器。实验证明，该传感器展现出优异的二氧化氮（NO₂）传感性能（响应时间5.1秒）。该研究为二维材料功能器件的纳米光刻技术发展提供了新思路。

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