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相变信息存储材料己成功应用于可擦重写相交光盘及非易失性相变随机存储器。相变存储的特点在于其相转变的高速度和高稳定性的共存，这是相变存储材料的微观结构和结构转变机制所决定的。由于相变存储中的记录和擦除过程是短脉冲诱导下发生的极端非平衡过程，因而对相变存储材料在脉冲激光作用下的时间分辨相变过程的细节进行分析是认识其快速结构转变机制的重要手段。本论文在对相变存储材料的微观结构和晶化动力学重要研究进展进行综述的基础上，重点针对Ge2Sb2Te5相变薄膜，对其在激光诱导相变过程中表现出来的激发脉宽的时间尺度差异性和光、电信号演化行为的差异性现象进行了详细分析;提出了利用第二相纳米粒子对相变材料进行复合加速结晶过程的方法;首次提出了离子掺杂荧光相变存储材料的概念，并对Ni2+/Bi:Ge2Sb2Te5的相变和荧光性能进行了初步研究。具体研究内容和结果如下:
发现在不同时间尺度脉宽（纳秒和皮秒）的激光脉冲作用下，Ge2Sb2Te5薄膜从晶化到薄膜损伤的演化过程呈现显著的差异性。分析表明，这种差异性来自于纳秒和皮秒脉冲激光辐照所导致的Ge2Sb2Te5薄膜晶化温度、熔点和破坏阈值间不同的时序关系。研究结果有助于对极端非平衡条件下Ge2Sb2Te5薄膜结晶动力学过程的更深入认识。
针对Ge2Sb2Te5薄膜在纳秒激光脉冲作用下晶化过程的反射率和表面电阻动力学演化行为的差异性，提出一个二维逾渗导通模型对此现象进行解释，并通过数值模拟对模型的适用性进行了验证。研究结果对于深入理解Ge2Sb2Te5薄膜的精细结晶过程及其导电机制、发展光电混合存储应用具有一定的参考价值。
提出了纳米第二相材料复合以提高相变材料晶化速度的方法。数值模拟结果表明可以将晶化速度提高一倍。研究结果对于新型快速相变材料的设计和制备具有一定的参考价值。
提出了离子掺杂荧光相变存储材料的新概念。通过在Ge2Sb2Te5中掺杂适量Ni2+或Bi离子可使其在不同相态下（晶相和非晶相）表现出不同的荧光强度，相变前后荧光强度差别可达四个数量级。离子掺杂相变材料的荧光特性不仅可以作为一种结构探针，从侧面佐证相变材料的原子配位结构，而且可以提供了一种新的高对比度光学变化参量，可以独立或与光学反射率、电阻率变化组合匹配形成新的多态相变存储方式。