近年来,随着大数据和物联网技术的蓬勃发展,人类的生产、生活与互联网紧密地联系在一起。为了应对海量数字化信息带来的挑战,迫切需要具有高读写速度、高存储密度、低能量损耗等特点的非易失性存储器。基于锗锑碲相变材料的相变存储器可以满足这些要求,很可能成为未来主流的非易失性存储器。相变超晶格（GST-SL）作为一种新兴材料,具有非常优越的性能,比如极低的能量损耗、极低的电阻漂移、极低的噪声,是传统相变材料的有力替代品。然而,目前GST-SL的原子级别显微结构存在争议,相变机理也尚无统一说法。本文以GST-SL为研究对象,研究了应变和皮秒激光作用下GST-SL的局部结构和光学性质,并探讨了应变和皮秒激光对GST-SL结构转变的作用机制。首先,使用磁控溅射制备了不同应变条件下的GST-SL样品。XRD、XPS、SAED、Raman结果表明,GST-SL中发生了Ge/Sb原子混合;GST-SL样品实际上是由Sb₂Te₃亚层、Ge-Sb-Te范德华层和独立的Ge Te亚层组成,其中Ge-Sb-Te范德华层的相组成包括中间立方Ge-Sb-Te相（i-GST）和三方Ge-Sb-Te相（t-GST）。GID、XPS结果表明,应变不但可以促进Ge/Sb原子混合,形成更多的Ge-Sb-Te范德华层,还会导致Ge-Sb-Te范德华层的重新配置。Raman结果表明,Ge Te亚层的振动不受原子混合的影响;对于新形成的Ge-Sb-Te范德华层,在应变作用下,其垂直振动被促进,水平振动被抑制,表现出与Ge Te亚层类似的“预熔化”现象。由此,本文提出了基于Ge/Sb原子混合的“应变协助相变”机制,即电脉冲和激光脉冲诱发Ge Te亚层和Ge-Sb-Te范德华层发生可逆的晶化-非晶化相变,而Sb₂Te₃亚层一直保持晶态。其次,使用不同能量皮秒激光辐照GST-SL样品。在低能量（10 m J/cm²）激光辐照下,GST-SL样品没有发生熔化,同时t-GST相的SAED强度增强、拉曼峰积分强度增强、拉曼峰红移,这表明GST-SL中发生了从i-GST相到t-GST相的结构转变。进一步研究发现,这是一种非热致的固态相变,在GST-SL本征应变的促进下,皮秒激光的非热作用导致了局部的短程原子运动,并伴随着空位的有序化,致使GST-SL中发生逐步的从i-GST相到t-GST相的结构转变。然而,在高能量（50 m J/cm²）激光辐照下,GST-SL样品中会形成四个不同的区域,分别是烧蚀区、重新晶化区、非热致结构转变区、沉积态区。这四个区域具有不同的温度和冷却速率,可以通过皮秒激光的热效应来解释GST-SL发中生的熔化、烧蚀、非晶化和重新晶化现象。最后,使用紫外-可见光-近红外分光度计和微区反射率光谱研究了GST-SL的光学性质。研究发现,应变可以调控GST-SL的带隙宽度、复折射率、消光系数等性质。此外,通过控制皮秒激光的脉冲能量和脉冲数,可以在GST-SL上获得反射率多态和更大的反射率对比度。本文提出了基于Ge/Sb原子混合的“应变协助相变”机制,并阐述了激光能量与GST-SL结构转变的关系,对理解GST-SL的结构、性质、相变机理具有重要意义。