一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器制造技术

本发明专利技术属于磁光电子器件领域，具体涉及一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔，二维铁磁CrI3和SiO2微球腔构建了CrI3/microsphere结构，利用微球腔的透镜作用和增强屏蔽效应从而增强增益区域与光学模式之间的耦合，提高二维铁磁CrI3的自发辐射效率和荧光强度，近而实现了近红外回音壁模式发光的磁场控制和编码，其具有良好的稳定性和可重复性。本发明专利技术采用铁磁二维材料来制造磁敏感元件，使得磁编码器更小型化、集成化和低成本；为利用铁磁二维材料耦合微球腔制备磁编码光子集成芯片奠定了基础，为磁存储、光子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器


[0001]本专利技术属于磁光电子器件领域，具体涉及一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器。

技术介绍

[0002]随着信息技术的快速发展，对物体运动位移、方向和振幅检测的要求不断提升。磁编码器是一种将机械运动中位移、振幅、方向和角度等物理量转变为数字信号的仪器，常应用于物体的位置检测等自动化控制领域。
[0003]在现有的磁编码器的研究中，常利用充磁磁极作为磁敏感元件，通过磁敏感元件来感知空间磁场变化而产生的磁电阻效应，来测量运动物体的方向变化。然而，对于现有的磁编码器存在一个显著的制约，即使用磁阻元件和霍尔元件作为磁敏感元件，制造工艺复杂、成本过高、体积较大以及不能实现多波长的三态编码。
[0004]由于传统的磁敏感元件结构复杂、生产成本高、尺寸较大等原因，使其应用领域较狭窄，不利于当前时代电子器件可集成、小型化的需求，难以集成到光子芯片上。因此，现有的磁编码器急需一种结构简单、成本低和小尺寸的磁敏感元件，以及能够实现多波长的三态编码。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有磁编码器存在制造工艺复杂、成本过高、体积较大、不能实现多波长的三态编码以及不易集成的技术问题；本专利技术提供了一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，利用二维铁磁CrI3的磁序与发光的耦合，实现了磁场调控回音壁模式(WGM)振荡峰和编码，基于磁序和激子耦合进行信息处理和传输，为集成光子芯片的发展提供了基础。
[0006]一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔。
[0007]所述SiO2微球腔的直径为0.2
‑
100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm
‑
100um，两者构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔的CrI3/microsphere垂直增益结构。
[0008]进一步的，所述基底为硅/二氧化硅(Si/SiO2)。
[0009]上述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其制备方法如下：
[0010]步骤1、将少层CrI3通过原位定点转移在基底的目标区域；
[0011]步骤2、然后将SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
[0012]进一步的，所述步骤1中少层CrI3在块体CrI3上通过机械剥离获得。
[0013]进一步的，所述步骤1中少层CrI3通过原位定点转移至基底的目标区域具体过程为：
[0014]首先：将少层CrI3转移至聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上，以PDMS薄膜作为转移介质，少层CrI3与基片的粘附力大于少层CrI3与PDMS薄膜的粘附力。
[0015]然后：使用二维材料转移平台，采取原位定点的方法再将少层CrI3样品地转移至基底的目标区域。
[0016]进一步的，所述步骤2中将SiO2微球腔转移到少层CrI3上的具体过程为：
[0017]首先：取SiO2微球腔溶液滴在基片上，加热烘干得SiO2微球腔，加热温度为80
‑
100℃，加热时间为30
‑
60min。
[0018]然后：将所得SiO2微球腔转移到PDMS薄膜上。
[0019]最后：采用原位定点转移的方法将PDMS薄膜上的SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
[0020]目前为止，很少有二维范德华磁性材料显示出发光和激子特性，也没有实现光致发光(PL)的磁编码。CrI3的PL来自配位场所允许的d
‑
d电子跃迁，产生非常宽的PL峰，半峰宽为100
‑
200nm，这极大地限制了其在磁光电子器件的应用；另外，在反铁磁NiPS3中，由于其临界场高达10T，导致利用磁场和电场来操控其自旋磁矩的翻转极其困难。
[0021]在本专利技术的CrI3/microsphere结构中，圆偏振的WGM PL与CrI3的磁序相耦合，在0
‑
1T的面外磁场作用下，右旋偏振的WGM PL占优势；在0
‑‑
1T的面外磁场作用下，左旋偏振的WGM PL占优势；通过+1～
‑
1T之间的循环磁场操纵每个WGM振荡峰的螺旋度和强度差来实现多波长编码。
[0022]本专利技术通过先把机械剥离的少层CrI3通过原位定点转移在衬底上，再将SiO2微球腔转移到CrI3上，利用微球腔的透镜作用和增强屏蔽效应从而增强增益区域与光学模式之间的耦合，提高二维铁磁CrI3的自发辐射效率和荧光强度，近而实现了近红外回音壁模式(WGM)发光的磁场控制和编码，其具有良好的稳定性和可重复性。通过利用外加磁场调控的方式，使磁序在铁磁性和反铁磁性间变换，这为利用磁光耦合进行信息的传输和编码提供了基础；因此本专利技术采用铁磁二维材料来制造磁敏感元件，使得磁编码器更小型化、集成化和低成本；为利用铁磁二维材料耦合微球腔制备磁编码光子集成芯片奠定了基础，为磁存储、光子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的结构示意图。
[0024]图2为实施例CrI3/microsphere结构产生的螺旋PL的可逆磁控和编码测试图。
[0025]图3为实施例通过+1～
‑
1T之间的循环磁场操纵实现多波长编码的测试图。
具体实施方式
[0026]下面根据附图和具体实验过程对本专利技术做进一步详细说明。
[0027]本实施例采用二维铁磁CrI3作为光学增益介质，构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔垂直增益结构，如图1所示，基于CrI3/microsphere结构产生的WGM PL，通过外加磁场可操控每个WGM振荡峰的螺旋度来实现多波长编码。
[0028]整个器件由下至上包括Si/SiO2基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔，其中SiO2微球腔的直径为0.2
‑
100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm
‑
100um。其制备方法如下：
[0029]步骤1、选用Si/SiO2基片作为基底，用金刚石刀切割成1*1cm2大小，切好的基片经氧离子轰击以清洁基片表面。
[0030]步骤2、用蓝胶带在块体CrI3上剥离出少层CrI3样品，然后将样品转移至PDMS薄膜
上，PDMS薄膜作为转移介质，其与样品的粘附力小于样品与硅基片的粘附力。
[0031]步骤3、使用二维材料转移平台，采取原位定点的方法将步骤2所得少层CrI3样品地转移至Si/SiO2基底的目标区域。
[0032]步骤4、用试管取SiO2微球腔溶液滴在另一Si/SiO2基片上，放置于加热台上加热烘干得SiO2微球腔，加热温度为90℃，加热时间为50min。
[0033]步骤5、将步骤4所得SiO2微球腔转移到PDMS薄膜上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其特征在于：其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔；所述SiO2微球腔的直径为0.2
‑
100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm
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100um，两者构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔的CrI3/microsphere垂直增益结构。2.如权利要求1所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其特征在于：所述基底为硅/二氧化硅。3.权利要求1所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将少层CrI3通过原位定点转移在基底的目标区域；步骤2、然后将SiO2微球腔转移到少层CrI3上。4.如权利要求3所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于：所述步骤1中少层CrI3在块体CrI3上通过机械剥离获得。5.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭波，陈志勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：