一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及等離激元誘導(dǎo)透明，特別是一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

光場(chǎng)可激發(fā)金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離激元共振現(xiàn)象(localizedsurfaceplasmonresonance,lspr)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)微納結(jié)構(gòu)，可以在微納尺寸實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)在的操控。各個(gè)等離激元振蕩模式的雜化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波共振頻率的調(diào)節(jié)，從而可應(yīng)用于生物傳感、波導(dǎo)、增強(qiáng)拉曼散射等眾多光電子器件。其中，等離激元誘導(dǎo)透明(plasmon-inducedtransparency,pit)類(lèi)似于原子系統(tǒng)中的電磁感應(yīng)透明(electromagnetic-inducedtransparency,eit)現(xiàn)象，已經(jīng)通過(guò)金屬納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。pit是通過(guò)激發(fā)光、暗態(tài)磁表面等離激元(magneticsurfaceplasmon,msp)分別與明態(tài)局域表面等離激元(localizedsurfaceplasmon,lsp)之間的耦合產(chǎn)生的。這兩個(gè)躍遷路徑間具有量子干涉相消效應(yīng)，從而使得金屬納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出零吸收現(xiàn)象。這一物理現(xiàn)象可在光開(kāi)關(guān)、慢光裝置等諸多方面有重要作用。

目前，諸多可實(shí)現(xiàn)等離激元誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的金屬納米結(jié)構(gòu)已被報(bào)道。以納米柱、納米棒聚合結(jié)構(gòu)為代表，比如納米棒二聚體(公開(kāi)號(hào)：cn104061997a)、納米棒三聚體(公開(kāi)號(hào)：cn104634437a)等，均可在可見(jiàn)光與近紅外波段實(shí)現(xiàn)等離激元誘導(dǎo)透明窗口。但大多納米結(jié)構(gòu)的等離激元誘導(dǎo)透明窗口具有窄帶特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)，可在可見(jiàn)光與近紅外波段實(shí)現(xiàn)寬帶的等離激元誘導(dǎo)透明窗口，這一特性可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、慢光裝置等領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)，采用金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal,mim)型納米棒聚合結(jié)構(gòu)，上層金屬為邊對(duì)邊排列的金納米棒二聚體；下層金屬為金納米棒；兩層納米棒之間為二氧化硅絕緣層；從而構(gòu)成了可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的mim型納米棒聚合結(jié)構(gòu)。

所述上層金屬的金納米棒二聚體中，納米棒的長(zhǎng)度為240nm、寬度均為60nm、厚度為20nm，兩個(gè)納米棒間隔為10nm；下層金納米棒的長(zhǎng)度為240nm、寬度為130nm、厚度為20nm；二氧化硅絕緣層的長(zhǎng)度為240nm、寬度為130nm、厚度為10nm。

本發(fā)明的工作機(jī)理：

通過(guò)納米棒間形成的多個(gè)電流環(huán)，得到多個(gè)磁表面等離激元暗態(tài)模式(msps)，且各個(gè)msps具有接近的共振波長(zhǎng)。激發(fā)光、各個(gè)msps分別與明態(tài)局域表面等離激元(lsp)之間的耦合并干涉抵消，從而在可見(jiàn)光與近紅外波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶的等離激元誘導(dǎo)透明窗口。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所提出的金屬-絕緣體-金屬型納米棒聚合結(jié)構(gòu)，可在可見(jiàn)光與近紅外波段實(shí)現(xiàn)寬帶的等離激元誘導(dǎo)透明窗口。這一特性可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、慢光裝置等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為納米棒聚合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為yz平面納米棒聚合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為納米棒聚合結(jié)構(gòu)的消光譜。

圖中：1.上層金屬2.下層金屬3.二氧化硅絕緣層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)，如圖1、2所示，上層金屬1為邊對(duì)邊排列的金納米棒二聚體，納米棒的長(zhǎng)度均為240nm、寬度均為60nm、厚度為20nm、兩個(gè)納米棒間隔為10nm；下層金屬2為金納米棒，納米棒的長(zhǎng)度為240nm、寬度為130nm、厚度為20nm；兩層納米棒之間為二氧化硅絕緣層3，長(zhǎng)度為240nm、寬度為130nm、厚度為10nm。

實(shí)際制備過(guò)程中，考慮其可操作性，可利用二氧化硅透明介質(zhì)為基底，納米棒聚合結(jié)構(gòu)在基底上呈現(xiàn)平面上的周期性排列。

入射光垂直照射至mim型納米棒聚合結(jié)構(gòu)上，電場(chǎng)方向分布平行于納米棒的短軸。

圖3為納米棒聚合結(jié)構(gòu)的消光譜。圖中顯示：在700nm-830nm波段中，納米棒結(jié)構(gòu)的消光在5％以下，即透射率達(dá)95％以上。這與通常的等離激元誘導(dǎo)透明窗口相比，具有明顯的寬帶性。

對(duì)700nm-830nm波段納米棒聚合結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)、電荷分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口是由激發(fā)光及多個(gè)具有相近共振波長(zhǎng)的磁表面等離激元暗態(tài)模式(msps)共同與納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離激元(lsp)明態(tài)模式的干涉抵消產(chǎn)生的。

分別對(duì)透明窗口內(nèi)730nm和780nm波長(zhǎng)進(jìn)行電磁場(chǎng)和電荷分布分析。在730nm和780nm處，上層和下層au納米棒電荷均呈現(xiàn)反向分布，但下層納米棒為lsp六極或八極分布，從而在絕緣層中出現(xiàn)小強(qiáng)度磁共振。但是，上層納米棒二聚體中均形成了環(huán)形電流，從而出現(xiàn)了明顯強(qiáng)度的磁表面等離激元暗態(tài)模式(msps)，尤其是在二個(gè)納米棒的相鄰處，且730nm和780nm處的msps相位相反。其中780nm處msp的出現(xiàn)取決于上層納米棒的小間隔10nm所引起的棒間耦合。所以，納米棒聚合結(jié)構(gòu)700nm-830nm波段的透明窗口，是上層納米棒二聚體msps、絕緣層中磁共振、入射光與底層lsp多極模式共同作用的結(jié)果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的納米棒聚合結(jié)構(gòu)，采用金屬?絕緣體?金屬(MIM)型納米棒聚合結(jié)構(gòu)，上層金屬為邊對(duì)邊排列的金納米棒二聚體；下層金屬為金納米棒；兩層納米棒之間為二氧化硅絕緣層；從而構(gòu)成了可實(shí)現(xiàn)寬帶等離激元誘導(dǎo)透明窗口的MIM型納米棒聚合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提出的金屬?絕緣體?金屬型納米棒聚合結(jié)構(gòu)，可在可見(jiàn)光與近紅外波段實(shí)現(xiàn)寬帶的等離激元誘導(dǎo)透明窗口，這一特性可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、慢光裝置等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：劉菲;張楷亮;任廣軍;薛力芳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.05
技術(shù)公布日：2017.10.03