一种平面金属纳米手性结构、制备方法和AT效应调控方法技术

本发明专利技术涉及一种平面金属纳米手性结构、制备方法和AT效应调控方法，该结构是由多个结构相同的纳米单元上下、左右组合阵列而成的手性结构；纳米单元包括金属纳米棒和位于金属纳米棒一侧的S形金属纳米结构；S形金属纳米结构具有手性特征；金属纳米棒为长方体，其宽度和厚度分别与S形金属纳米结构的宽度和厚度相等；金属纳米棒和S形金属纳米结构之间有间距；金属纳米棒和S形金属纳米结构均采用金材料。本发明专利技术结构由金属纳米棒和S形金属纳米结构两个单独的简单结构组合而成，能够在圆偏振光垂直照射下产生高效直入射非对称传输。此外，通过调节本发明专利技术的结构参数实现可预测的非对称传输频带光谱调整，对AT信号的强弱和峰值波段进行调控。

A planar metal nanochiral structure, preparation method and AT effect regulation method

The invention relates to a planar metal nano-chiral structure, a preparation method and an AT effect control method. The structure is a chiral structure composed of a plurality of arrays of identical nano-units, which are composed of a metal nanorod and an S-shaped metal nanostructure located on the side of the metal nanorod; a S-shaped metal nano-structure; The metal nanorods are cuboids with the same width and thickness as the S-shaped metal nanostructures, and there is a space between the metal nanorods and the S-shaped metal nanostructures. The structure of the invention is composed of two separate simple structures of metal nanorods and S-shaped metal nanostructures, which can produce high efficient direct-incidence asymmetric transmission under the vertical irradiation of circularly polarized light. In addition, by adjusting the structural parameters of the invention, the predictable asymmetric transmission band spectrum can be adjusted, and the intensity and peak band of the AT signal can be adjusted.

【技术实现步骤摘要】
一种平面金属纳米手性结构、制备方法和AT效应调控方法
本专利技术属于电磁波偏振态调控
，具体涉及一种实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构及其制备方法和AT效应调控方法。
技术介绍
非对称传输(AsymmetricTransmission,AT)是指入射的电磁波分别从传输介质的两侧入射时表现出不同的传输性能，其传输性能包括透射、吸收、反射、偏振转换等。本文采用直入射不同偏振态的圆偏振光透射描述非对称传输信号，用公式表示即。下角标“+”（“-”）代表右（左）旋；下角标“-+”（“+-”）代表右（左）旋圆偏振光入射，右（左）旋圆偏振光出射。在集成光路、通讯、现代军事等领域中，很多基础的元器件，如天线罩以及电磁波隔离器等，都基于某种非对称传输的特性进行工作。随着微波以及光通讯等领域的高速发展，对具有非对称传输性能的电磁器件的需求越来越大。因此，设计和研制各种不同类型的非对称传输器件的，具有十分重要的现实意义。手性是自然界普遍的一种现象，在生命化学等科学烟具各个领域广泛存在。手性是指，一个结构与其镜像不能完全重合的性质，就如同左右手呈镜像对称却不重合，手性与其镜像成为手性对映体，二者在药力、毒性等化学性质存在着一定的差异，因此，手性对映体的识别和量化对于生命科学和药物化学研究以及人类健康具有十分重要的意义。等离激元是指入射光在金属表面激发出的自由电子集群振荡，能够实现电场增强，提高许多光学过程的效率，人工的等离激元结构具有很多奇特的电磁性能，在表面增强光谱、生物传感等方面有着广泛的应用。近年来，等离激元手性金属材料及其AT性能，已经成为一项重要的研究课题，取得了一定研究成果。由于手性等离激元材料特殊的几何结构，即本身结构的非镜像对称性，其LSPR的强偶极矩与外部光场的相互作用下产生了非常强的手性响应，相反方向传播的电磁波通过后，其传输性能不同。2006年，Fedotov等在平面手性等离激元结构中发现了圆偏振光的AT现象。此后，利用手性等离激元结构的这一性质，产生了许多三维手性纳米结构，如金属螺旋纳米结构，层状手性等离激元纳米结构和类二极管三层手性等离激元纳米结构等。通过自下而上和自上而下的制造技术制备螺旋或多层手性纳米结构非常复杂，难于操作。与现有技术中的三维手性纳米结构相比，平面手性纳米结构更容易制造。因此，具有AT效应的平面金属纳米结构已引起研究人员更多的关注，如G形结构，非对称双开口谐振环和手性鱼鳞结构等。虽然现有技术中也有单层结构来实现圆偏振光、线偏振光的非对称传输效应，但其结构复杂，制备图形的过程复杂，效率低；此外，对于直入射圆偏振光，大多数的平面手性纳米结构的AT效应信号弱，限制了AT效应的应用。因此，设计一种能够获得较大AT效应的新颖结构是非常有意义的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的实现圆偏振光、线偏振光的非对称传输效应的单层结构信号弱、结构复杂、制备效率低的问题，本专利技术提供了一种高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构及其制备方法和AT效应调控方法，具有结构简单，制备过程效率高，且能够产生高效直入射非对称传输，信号易于探测。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种平面金属纳米手性结构，由多个结构相同的金纳米单元上下、左右组合构成的手性结构；所述金属纳米单元包括金属纳米棒和位于金属纳米棒旁的同平面的S形金属纳米结构；所述金属纳米棒为长方体，所述S形金属纳米结构是由第一弧体结构和第二弧体结构首尾连接而成的一体结构，所述第一弧体结构和第二弧体结构外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒的宽度；所述第一弧体结构和第二弧体结构的厚度相等，且等于金属纳米棒的厚度；所述金属纳米棒和S形金属纳米结构之间有间距；所述金属纳米棒和S形金属纳米结构均采用的材料为金。进一步的，所述金属纳米棒的宽度w=20nm~60nm，厚度为50nm，长度为l=160nm~200nm；所述S形金属纳米结构的宽度w=20nm~60nm，厚度为50nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r=60nm和R=100nm；所述金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距定义为g=20nm~100nm，所述第一弧体结构和第二弧体结构的圆心角均为180~270°。进一步的，所述金属纳米棒的宽度w=40nm，长度为l=180nm；所述S形金属纳米结构的宽度w=40nm；所述金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距定义为g=60nm，所述第一弧体结构和第二弧体结构的圆心角均为180°。上述平面金属纳米手性结构的制备方法，包括以下步骤：步骤1，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶；步骤3，涂胶后烘干：将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干；步骤4，电子束曝光结构图形：用图形发生器设计所述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构的图形，并用电子束曝光，得到曝光后的基底；步骤5，显影：常温下，将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影；步骤6，定影：将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影，定影完成后将基底取出，用氮气吹干；步骤7，定影后烘干：将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干；步骤8，镀金：将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金，蒸镀完冷却10min～20min后再取出；步骤9，剥离PMMA光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中，时间至少为30min，溶解电子束PMMA光刻胶；步骤10，吹干：用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底，得到所述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构。进一步的，所述步骤1具体操作为：准备厚度为1.0mm，长宽尺寸为20.0mm*20.0mm的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，用去离子水超声15min后，用丙酮超声15min，再用酒精超声15min，之后用去离子水超声5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。进一步的，所述步骤2中光刻胶的厚度为270nm，所述甩胶机的转速为4000rpm，时间为60s。所述步骤3和步骤7中烘干的温度均为150℃，时间为3min。进一步的，所述步骤5中显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成，浸泡显影的时间为60s。所述步骤6中浸泡定影的时间为60s。所述步骤8中真空蒸发镀膜机的真空度不大于3*10-6torr，蒸镀金的厚度为50nm。一种AT效应的调控方法，通过对所述的平面金属纳米手性结构的参数进行调节，实现可预测的非对称传输频带光谱调整，对AT信号的强弱和峰值波段进行调控；所述参数为金属纳米棒的长度或金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的平面金属纳米手性结构，由金属纳米棒和S形金属纳米结构两个单独的简单结构组合而成，两个单独的简单结构中，金属纳米棒不具有非对称传输效应，S形金属纳米结构的非对称传输效应弱仅为4%。但该组合结构能够产生强非对称传输效应，最高能高达16%。当右旋光入射时，出射光中16%转化为左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面金属纳米手性结构，其特征在于：由多个结构相同的金属纳米单元上下、左右组合构成的单层手性结构；所述金属纳米单元包括金属纳米棒（1）和位于金属纳米棒（1）旁的同平面的S形金属纳米结构（2）；所述金属纳米棒（1）为长方体，所述S形金属纳米结构（2）是由第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）首尾连接而成的一体结构，所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构（21）的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构（22）的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒（1）的宽度；所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的厚度相等，且等于金属纳米棒（1）的厚度；所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）之间有间距；所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）均采用金材料。

【技术特征摘要】
1.一种平面金属纳米手性结构，其特征在于：由多个结构相同的金属纳米单元上下、左右组合构成的单层手性结构；所述金属纳米单元包括金属纳米棒（1）和位于金属纳米棒（1）旁的同平面的S形金属纳米结构（2）；所述金属纳米棒（1）为长方体，所述S形金属纳米结构（2）是由第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）首尾连接而成的一体结构，所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构（21）的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构（22）的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒（1）的宽度；所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的厚度相等，且等于金属纳米棒（1）的厚度；所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）之间有间距；所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）均采用金材料。2.根据权利要求1所述的平面金属纳米手性结构，其特征在于：所述金属纳米棒（1）的宽度w=20nm~60nm，厚度为50nm，长度l=160nm~200nm；S形金属纳米结构（2）的宽度w=20nm~60nm，厚度为50nm；第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）外径分别为r=60nm和R=100nm；所述金属纳米棒（1）与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距定义为g=20nm~100nm；所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的圆心角均为180~270°。3.根据权利要求2所述的平面金属纳米手性结构，其特征在于：所述金属纳米棒（1）的宽度w=40nm，长度为l=180nm；所述S形金属纳米结构（2）的宽度w=40nm；所述金属纳米棒（1）与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距定义为g=60nm，所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的圆心角均为180°。4.一种权利要求1-3任一所述的平面金属纳米手性结构的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶；步骤3，涂胶后烘干：将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中月，张永元，王菲，赵文静，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61