一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，包括至少一组对称结构，所述对称结构由两个V形结构相对称地设置构成，所述V形结构的边宽范围为6nm‑14nm，V形结构的边长范围为80nm‑120nm，V形结构的夹角范围为30°‑90°，所述V形金纳米光学天线的间隔范围为2nm‑10nm。本发明专利技术天线通过多重V形结构耦合的方法可以在不改变V形结构夹角的情况下进一步提高电磁场增强因子，较大电磁场增强因子的产生使得本发明专利技术可以很好的应用在单分子的检测中来提高检测信号的强度，从而设计出较高局域场增强的纳米天线，使得本发明专利技术天线可以很好的用于增强单分子检测信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米光学天线领域，具体说是涉及一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线。
技术介绍
金属纳米天线在近红外光频率范围内可将光波电磁场能量进行汇聚并应用于电磁场能量的接受和传送。在偶极天线中，光波电磁场与天线中的等离子体相互作用，引起等离子体振荡，在天线回路中产生电流，当等离子体振荡频率与入射光波一致时会产生局域表面等离基元共振，使得纳米天线局域电磁场增强。基于上述特性，纳米天线在许多领域颇受青睐，如光电检测、传感器技术、热量聚集、光谱学和纳米成像等。纳米制造技术的发展为新兴纳米光电子器件提供了加工成型的机会。在过去几年里，制备出能够产生较大电磁场增强的纳米结构并在热点区域实现单分子的检测，已经成为研究的热门方向。表面增强拉曼散射光谱信号强度由电磁场增强大小所决定，所增强的区域指空间中金属纳米颗粒耦合所产生急剧变化的电场区域。由于纳米天线在入射光电磁场束缚和增强方面的非凡能力，最近许多表面增强拉曼散射的理论研究把研究重心放在纳米天线上。纳米天线中心区域的场增强因子可以被纳米天线的尺寸、形状、间隔距离、入射光极化角度所调控。过去几年里，许多研究小组通过提高纳米天线的尖锐度和减小耦合距离来进行增强因子的提高。由于实验条件的限制，纳米天线的尖锐度不可无限制的提高，耦合距离也没有办法无限制的进行缩小调控。因此怎样通过其它的方式进行纳米天线电磁场增强因子的进一步提高是需要进一步解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，本专利技术天线通过多重V形结构耦合的方法可以在不改变V形结构夹角的情况下进一步提高电磁场增强因子，较大电磁场增强因子的产生使得本专利技术可以很好的应用在单分子的检测中来提高检测信号的强度。本专利技术基于时域有限差分(Finite Difference Time Do main，FDTD)算法和局域表面等离基元理论研究分析了对称V形纳米光学天线的不同参数大小如V形结构的边宽、V形结构的边长、V形结构的角度、对称V形结构的间隔对纳米光学天线电荷分布和场增强特性的影响，从而选择合适的V形结构参数，接着运用多重结构耦合的方式实现了对纳米天线中心区域场强度的进一步增强。从而设计出较高局域场增强的纳米天线，使得本专利技术天线可以很好的用于增强单分子检测信号。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，包括至少一组对称结构，所述对称结构由两个V形结构相对称地设置构成，所述V形结构的边宽范围为6nm-14nm，V形结构的边长范围为80nm-120nm，V形结构的夹角范围为30°-90°，所述V形金纳米光学天线的间隔范围为2nm-10nm。所述V形金纳米光学天线的背景折射率为常数1。所述V形结构的厚度为8nm。所述V形结构由金纳米材料构成。所述对称结构设置有两组，同侧的V形结构间的距离范围为5nm-50nm。中心的两个V形结构的间距为2nm。下面是研究通过改变本专利技术天线的结构参数对场增强影响的几个方案：(1)在垂直于对称V形金纳米天线的上方施加激励源，设定V形结构厚度为8nm，边宽为10nm，边长为100nm，间隔为2nm，V形结构的夹角由30°逐渐递增到90°。依据上述参数设定对本专利技术天线进行仿真并选择天线间隔中心处为场强增强因子观测点，记录该点处的相对电场增强因子，以天线下表面电荷分布情况来探究电荷分布和场增强因子之间的关系。当夹角为30°时，V形结构顶端区域电荷密度值最大，此时中心区域电场增强因子也最大。随着夹角的减小使得越来越多的电荷汇集于顶端区域，顶端区域电荷密度值也决定了中心区域电场增强因子的大小。通过对角度的调控可以实现对纳米天线分布电荷的调控进而调控近场增强因子。(2)在垂直于对称V形金纳米天线的上方施加激励源，设定V形结构厚度为8nm，边长为100nm，间隔为2nm，角度为60°，V形结构的边宽由6nm逐渐递增到14nm。依据上述参数设定对本专利技术天线进行仿真并选择天线间隔中心处为场强增强因子观测点，记录该点处的相对电场增强因子，以天线下表面电荷分布情况来探究电荷分布和场增强因子之间的关系。当宽度为14nm时，V形结构顶端区域电荷密度值最大，此时中心区域电场增强因子也最大。随着宽度的增加使得越来越多的电荷汇集于顶端区域，顶端区域电荷密度值也决定了中心区域电场增强因子的大小。通过对V形结构宽度的调控可以实现对纳米天线分布电荷的控制进而也可以调控近场增强因子，和角度的调控作用相比宽度的调控力度没有角度对近场增强因子的调控力度大。(3)在垂直于对称V形金纳米天线的上方施加激励源，设定V形结构厚度为8nm，宽度为10nm，间隔为2nm，角度为60°，V形结构的边长由80nm逐渐递增到120nm。依据上述参数设定对本专利技术天线进行仿真并选择天线间隔中心处为场强增强因子观测点，记录该点处的相对电场增强因子，以天线下表面电荷分布情况来探究电荷分布和场增强因子之间的关系。当长度为120nm时，V形结构顶点处电荷密度值不是最大，但顶端区域整体的电荷密度较大，以至于中心区域电场增强因子较大。通过对V形结构边长的调控可以实现对纳米天线分布电荷的控制进而也可以调控近场增强因子，其调控力度较小。(4)在垂直于对称V形金纳米天线的上方施加激励源，设定V形结构厚度为8nm，宽度为10nm，边长为100nm，角度为60°，对称V形金纳米天线的间隔由2nm逐渐递增到10nm。依据上述参数设定对本专利技术天线进行仿真并选择天线间隔中心处为场强增强因子观测点，记录该点处的相对电场增强因子，以天线下表面电荷分布情况来探究电荷分布和场增强因子之间的关系。随着间隔距离的变化，V形结构顶端处电荷密度值变化特别小，但是中心区域的电场增强因子发生巨大变化。可见距离对中心区域电场增强因子有着巨大的影响。通过对对称V形金纳米结构间隔的调控可以对中心区域电场增强因子达到很好的控制作用。(5)在垂直于多重V形金纳米天线的上方施加激励源，设定V形结构厚度为8nm，宽度为10nm，边长为100nm，角度为60°，间隔为2nm，多重V形金纳米天线中后续V形结构与前面V形结构的距离从5nm逐渐增大到55nm。随着距离的不同后方V形结构顶端区域出现不同的性质的电荷，后续V形结构对整个多重V形纳米天线中心区域电场增强因子的影响也将会出现相应的效果。当距离为35nm时得到了对中心区域电场增强因子较大的多重V形纳米结构天线。通过以上研究方案可知本专利技术天线提供了对电场增强的一种有效途径。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：对称V形金纳米天线在中心区域可以产生很大的场增强因子，通过对V形结构进行多重对称耦合的方式进一步提高了中心区域的场增强因子，相比于单对V形纳米天线增强因子倍数提高了50多，多重V形结构对称耦合的方式提供了对电场增强的一种有效途径。本专利技术在中心区域产生较强的电磁场增强，这使得本专利技术在拉曼散射单分子检测信号的增强应用中有着重要价值。附图说明图1(a)是本专利技术天线的俯视结构示意图。图1(b)是本专利技术对称V形结构夹角对纳米天线表面电荷分布调制的效果图。图1(c)是本专利技术V形结构不同夹角下天线在x横轴上的电荷密度变化示意图。图1(d)是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，其特征在于，包括至少一组对称结构，所述对称结构由两个V形结构相对称地设置构成，所述V形结构的边宽范围为6nm‑14nm，V形结构的边长范围为80nm‑120nm，V形结构的夹角范围为30°‑90°，所述V形金纳米光学天线的间隔范围为2nm‑10nm。

【技术特征摘要】
1.一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，其特征在于，包括至少一组对称结构，所述对称结构由两个V形结构相对称地设置构成，所述V形结构的边宽范围为6nm-14nm，V形结构的边长范围为80nm-120nm，V形结构的夹角范围为30°-90°，所述V形金纳米光学天线的间隔范围为2nm-10nm。2.根据权利要求1所述一种用于增强检测信号的对称V形金纳米光学天线，其特征在于，所述V形金纳米光学天线的背景折射率为常数1。3.根据权利要求1所述一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：林旺，陈万里，冯远明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12