一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构制造技术

本发明专利技术涉及圆二色性应用技术领域，具体涉及一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，包括衬底、金属薄膜层、介质层、金属结构层。金属结构层中的L形结构中的电荷振动与孔洞附近的电荷振动耦合，产生了强CD效应。另外，强电磁场局域在孔洞内。当用于手性分子检测时，手性分子置于孔洞内，增强了手性分子与电磁场的作用。本发明专利技术不仅能够提供强CD信号，而且能够增强手性分子与电磁场的作用，在圆二色性应用技术领域具有良好的应用前景。域具有良好的应用前景。域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构


[0001]本专利技术涉及圆二色性应用
，具体涉及一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构。

技术介绍

[0002]手性结构的圆二色性吸收已经被广泛应用于分析化学、工业制药、生物检测等领域。然而，天然手性结构与光的作用很弱。基于贵金属的表面等离激元结构能够大幅度增强光与手性物质的作用。
[0003]与二维结构相比，由于强烈的层间耦合，三维结构能够产生更强的圆二色性(CD)效应。常见的三维结构有螺旋和双层结构。其中，螺旋结构难以制备，制备工艺复杂，成本高。因此，常用的三维结构为双层结构，双层结构的CD信号弱，强电场分布也不集中。另外在实验准备中，双层的纳米结构必须被介电层(如SiO2层)隔开，所以手性分子不能被放置在层间间隔的强电磁场区域。用圆偏振光照射的平面聚合物纳米结构产生手性场以促进光
‑
物质相互作用。局部手性的增强源于磁场和电场的同时增强以及它们在聚合物纳米结构间隙中的适当空间重叠。但是，聚合物纳米结构之间的间隙是一个较小的区域，很难被生物分子填满，阻碍了其应用。由于手性分子所在的空间与强电场所在的空间不重合、以及手性分子难以填满小的间隙，降低了手性分子与金属结构的作用，手性分子的探测难度较大。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术提供了一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，包括衬底、金属薄膜层、介质层、金属结构层，金属薄膜层置于衬底上，介质层置于金属薄膜层上，金属结构层置于介质层上，金属薄膜层和介质层中设有周期排布的方形孔洞，孔洞贯穿金属薄膜层和介质层，金属结构层包括与孔洞相同周期排布的L形结构，L形结构包括第一金属棒和第二金属棒，第一金属棒与孔洞的一边平行，第二金属棒与孔洞的临边平行，第一金属棒和第二金属棒的长度不相等。
[0005]更进一步地，周期为方形周期。
[0006]更进一步地，孔洞位于L形结构的内侧。
[0007]更进一步地，介质层的厚度小于60纳米。
[0008]更进一步地，第一金属棒和第二金属棒的宽度相等。
[0009]更进一步地，金属薄膜层的材料为金或银。
[0010]更进一步地，介质层的材料为二氧化硅。
[0011]更进一步地，金属结构层的材料为金或银。
[0012]更进一步地，衬底的材料为二氧化硅。
[0013]更进一步地，衬底的材料为硅。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，包括衬底、金属薄膜层、介质层、金属结构层。金属结构层中的L形结构中的电荷振动与孔洞附近
的电荷振动耦合，产生了强CD效应。另外，强电场局域在孔洞内。当用于手性分子检测时，手性分子置于孔洞内，手性分子所在的空间与强电场所在的空间重合，增强了手性分子与电磁场的作用，使得手性分子的探测更加精准。本专利技术不仅能够提供强CD信号，而且实现手性分子所在的空间与强电场所在的空间重合，从而能够增强手性分子与电磁场的作用，在圆二色性应用
具有良好的应用前景。
[0015]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0016]图1是一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构的示意图。
[0017]图2是一个周期单元的俯视图。
[0018]图3是本专利技术的吸收谱线图(a)和CD谱线图(b)。
[0019]图4是波长为1276纳米处的电荷分布图。
[0020]图5是不同介质层厚度时的CD谱线图。
[0021]图中：1、衬底；2、金属薄膜层；3、介质层；4、金属结构层；5、孔洞；41、第一金属棒；42、第二金属棒。
具体实施方式
[0022]为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
[0023]实施例1
[0024]本专利技术提供了一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，如图1所示，包括衬底1、金属薄膜层2、介质层3、金属结构层4。衬底1的材料为二氧化硅，衬底1的厚度不做限制。金属薄膜层2的材料为金或银。介质层3的材料为二氧化硅，介质层用以隔离金属薄膜层2和金属结构层4，在金属薄膜层2和金属结构层4之间形成耦合。介质层的厚度小于100纳米，以便于金属薄膜层2和金属结构层4之间形成强耦合。金属结构层4的材料为金或银。金属薄膜层2置于衬底1上。介质层3置于金属薄膜层2上。金属结构层4置于介质层3上。如图2所示，金属薄膜层2和介质层3中设有周期排布的方形孔洞5，孔洞5贯穿金属薄膜层2和介质层3。孔洞5排布的周期为方形周期。金属结构层4包括与孔洞5相同周期排布的L形结构，L形结构包括第一金属棒41和第二金属棒42，第一金属棒41与孔洞5的一边平行，第二金属棒42与孔洞5的临边平行。也就是说，L形结构的两边与孔洞5的相邻两边平行。如图2所示，孔洞5位于L形结构的内侧。第一金属棒41和第二金属棒42的长度不相等。第一金属棒41和第二金属棒42的宽度相等。
[0025]在本专利技术中，L形结构上的电荷对带有孔洞5的金属薄膜层2上的电荷进行调控，使得一种圆偏振光下强的电磁场局域在L形结构和带有孔洞5的金属薄膜层5之间；另一种圆偏振光下电磁场除了局域在上下层之间，更强的电磁场也被局域在孔洞5内，在孔洞5内形成强电场，两种圆偏振光下吸收的差异导致了大的圆二色性。
[0026]实施例2
[0027]在实施例1的基础上，应用COMSOL有限元软件计算了本专利技术圆二色性结构的吸收光谱和CD光谱，如图3所示。计算参数有：衬底1为二氧化硅，折射率为1.45；金属薄膜层2的
材料为金、厚度为60纳米；介质层3的厚度为60纳米；孔洞5的边长为400纳米；孔洞5的周期为800纳米；第一金属棒41和第二金属棒42的厚度为60纳米、宽度为60纳米；第一金属棒41的长度为400纳米、第二金属棒42的长度为300纳米。第一金属棒41和第二金属棒42相切与孔洞5的边缘。也就是说，第一金属棒41、第二金属棒42的内侧边与孔洞5的相邻两边平齐。A表示吸收，A
‑
表示左旋圆偏振光(LCP)照射下的吸收，A
+
表示右旋圆偏振光(RCP)照射下的吸收，圆二色性定义为CD＝A
+
‑
A
‑
。从图中可以看出，左旋圆偏振光照射下，该结构的吸收较小，仅为5％左右；在右旋圆偏振光照射下，该结构的吸收非常大，达到44％左右，本专利技术实现了高达39％的圆二色性。
[0028]图4为共振波长1276纳米处的金属薄膜层2和L形结构上的电荷分布。在LCP光的照射下，在上层的L形结构上，负电荷分布在第一金属棒41和第二金属棒42的两端，正电荷集中分布在L形结构的连接处，这种电荷分布形成了一种有效的电四极共振模式；在下层的孔洞5附近，正电荷集中分布在孔洞5的左右两边，负电荷集中在孔洞5的上下两边，这种电荷分布形成了一种有效地电四极子共振模式；L形结构和孔洞5附近之间发生耦合，孔洞5附近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，其特征在于，包括衬底、金属薄膜层、介质层、金属结构层，所述金属薄膜层置于所述衬底上，所述介质层置于所述金属薄膜层上，所述金属结构层置于所述介质层上，所述金属薄膜层和所述介质层中设有周期排布的方形孔洞，所述孔洞贯穿所述金属薄膜层和所述介质层，所述金属结构层包括与孔洞相同周期排布的L形结构，所述L形结构包括第一金属棒和第二金属棒，所述第一金属棒与所述孔洞的一边平行，所述第二金属棒与所述孔洞的临边平行，所述第一金属棒和所述第二金属棒的长度不相等。2.如权利要求1所述的带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，其特征在于：所述周期为方形周期。3.如权利要求1所述的带有孔洞金属薄膜的圆二色性结构，其特征在于：所述孔洞位于所述L形结构的内侧。4.如权利要求1所述的带有孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇凯，李颖，任亚琦，董军，朱礼鹏，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：