一种三维手性微纳结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及手性微纳结构技术领域，具体涉及一种三维手性微纳结构及其制备方法；本发明专利技术应用贴附在支撑部上的短边侧面膜层和长边侧面膜层导通电流，在竖直方向上搭建了电流路径，实现了贯通顶部膜层与低膜层的电流路径，实现了强圆二色性。本发明专利技术提供的结构制备简单，在支撑部上倾斜蒸发镀膜即可实现，对支撑部的尺寸要求低，不需要小于百纳米尺度，即可在可见光范围内实现共振模式和圆二色性。综合以上效果，本发明专利技术在手性微纳结构技术领域具有良好的应用前景。良好的应用前景。良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种三维手性微纳结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及手性微纳结构
，具体涉及一种三维手性微纳结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]手性微纳结构或称为手性超材料，是一种人工制备的手性材料或结构。当不同偏振的圆偏振光照射到手性微纳结构阵列时，不同偏振的圆偏振光与手性微纳结构阵列的作用不同，产生不同的吸收或透射，称为圆二色性。相比于自然界中天然存在的手性结构，人工制造的手性超材料或手性微纳结构具有更强的手性，表现出更强的圆二色性。这些手性微纳结构在光学负折射、光偏振态操控、基于光学圆二色性的分束、基于光学超手性场的生物分子探测等方面具有重要的应用。
[0003]相比于二维手性微纳结构，三维手性微纳结构表现出更强的光学手性，例如圆二色性。在三维手性微纳结构中，双层结构可以实现手性：将两层中各向异性结构进行扭转，可以实现圆二色性，例如交叉棒结构。虽然层状手性微纳结构容易制备，但是由于层与层之间的耦合为电场耦合，所以层状三维手性微纳结构的手性信号弱。一般来说，三维螺旋结构表现出最强的圆二色性。例如，文献“Gold helix photonic metamaterial as broadband circular polarizer,Science,Vol.325,pp.1513,2009”应用激光直写(LaserWriting)的方法制备了螺旋结构，实现了80％左右的圆二色性。但是，激光直写方法制备的螺旋尺寸大，圆二色信号出现在微米波段；并且技术难度高。应用较为简单的方法、较低性能的仪器设备，制备类似于螺旋结构的三维手性微纳结构，并在可见光波段实现圆二色性，具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术提供了一种三维手性微纳结构及其制备方法。螺旋结构表现出强圆二色性主要是因为在竖直方向形成了涡旋状电流。应用常规的电子束曝光和电子束蒸发镀膜方法，难以形成连接不同高度部分的电流路径。本专利技术所提供的三维手性微纳结构通过贴附在侧面的膜层，实现了在竖直方向的电流路径，最终实现了圆二色性。这些结果对拓宽三维手性微纳结构的制备技术具有重要的实用价值。
[0005]本专利技术的具体
技术实现思路
如下：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种三维手性微纳结构，该三维手性微纳结构包括基底和置于基底上的周期性单元。周期性单元按照矩形周期排列。周期性单元包括长方体单元和底膜层。具体地，长方体单元包括支撑部、顶部膜层、短边侧面膜层、长边侧面膜层。支撑部为长方体，支撑部的中心和周期性单元的中心重合。顶部膜层置于支撑部的顶部，短边侧面膜层和长边侧面膜层分别贴附在支撑部的短边侧面和支撑部的长边侧面。底膜层设置在周期单元的表面除长方体单元的部分。本专利技术应用贴附在支撑部上的短边侧面膜层和长边侧面膜层导通电流，在竖直方向上搭建了电流路径，实现了贯通顶部膜层与低膜层的电流路
径，实现了强圆二色性。
[0007]更进一步地，支撑部的长边平行于周期性单元的长边；支撑部的短边平行于周期性单元的短边。
[0008]更进一步地，基底的材料为二氧化硅。
[0009]更进一步地，支撑部的高度大于200纳米、小于400纳米。
[0010]更进一步地，周期性单元的长边大于1000纳米、小于1200纳米；周期性单元的短边大于800纳米、小于900纳米。
[0011]更进一步地，支撑部的长边大于600纳米、小于700纳米；支撑部的短边大于400纳米、小于500纳米。
[0012]更进一步地，底膜层的厚度小于100纳米。
[0013]另一方面，本专利技术提供了一种三维手性微纳结构的制备方法，包括如下步骤：
[0014]第一步、在基底上制备支撑部；
[0015]第二步、应用电子束蒸发镀膜技术在基底表面、支撑部侧面和顶部镀膜。
[0016]更进一步地，在第二步中，倾斜并旋转基底，使得支撑部的短边侧面和支撑部的长边侧面与竖直方向的夹角相等。
[0017]更进一步地，基底倾斜的角度为70度。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019](1)本专利技术在支撑部的侧面引入贴附在支撑部侧面的薄膜，这些薄膜成为了电子在竖直方向上振动的路径，使得整个结构类似于螺旋，从而实现圆二色性。
[0020](2)本专利技术提供的结构制备简单，在支撑部上倾斜蒸发镀膜即可实现，对支撑部的尺寸要求低，不需要小于百纳米尺度，即可在可见光范围内实现共振模式和圆二色性。
[0021]综合以上效果，本专利技术在手性微纳结构制备
具有良好的应用前景。
[0022]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
[0023]图1是一种三维手性微纳结构周期性单元的侧视图。
[0024]图2是一种长方体单元的俯视图。
[0025]图3是共振模式处的电流分布图。
[0026]图4是一种三维手性微纳结构制备方法的流程图。
[0027]图5是一种三维手性微纳结构的扫描电子显微镜图片。
[0028]图6是一种三维手性微纳结构的圆二色光谱图。
[0029]图中：1、基底；2、底膜层；3、长方体单元；31、支撑部；32、顶部膜层；33、短边侧面膜层；34、长边侧面膜层。
具体实施方式
[0030]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。
[0031]实施例1
[0032]本专利技术提供了一种三维手性微纳结构，该结构包括基底1和基底上的周期性单元。
周期性单元周期性地排布在基底1上。具体地，周期性单元按照矩形周期排布在基底1上。基底1的材料为二氧化硅，方便可见光从基底1透光，在光谱系统中测试三维手性微纳结构的透射光谱。周期性单元的长边大于1000纳米、小于1200纳米；周期性单元的短边大于800纳米、小于900纳米。如图1所示，周期性单元包括长方体单元3和底膜层2，底膜层2的材料为贵金属，例如金或银，以便于在底膜层2上形成强表面等离激元共振。底膜层2的材料还可以为半导体材料，例如锗，以便于在微波波段形成强共振模式。如图2所示，长方体单元3包括支撑部31、顶部膜层32、短边侧面膜层33、长边侧面膜层34。支撑部31的材料为光刻胶，还可以为二氧化硅等材料。当整个三维手性微纳结构用以在可见光波段实现强圆二色性时，支撑部31的材料为可见光透明材料，例如光刻胶或二氧化硅。当整个三维手性微纳结构用以在微波波段实现强圆二色性时，支撑部31的材料为微波透明材料，例如塑料等高分子材料。本专利技术主要是在可见光波段实现强圆二色性，因此，支撑部31的材料为可见光透明材料。当然，本专利技术的结构或结论依然可以应用到微波波段。另外，支撑部31的材料还可以为光催化材料，例如二氧化钛、氧化锌等。在不同圆偏振光激发下，支撑部31所在处的光场强度不同，从而实现不同程度的光催化，这样一来，本专利技术还可以用作偏振选择的光催化，这对药物合成等手性分子合成具有重要的意义。在本实施例中，支撑部3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维手性微纳结构，包括基底和置于基底上的周期性单元，所述周期性单元按照矩形周期排列，周期性单元包括长方体单元和底膜层，其特征在于，长方体单元包括支撑部、顶部膜层、短边侧面膜层、长边侧面膜层，所述支撑部为长方体，所述支撑部的中心和所述周期性单元的中心重合，所述顶部膜层置于所述支撑部的顶部，所述短边侧面膜层和所述长边侧面膜层分别贴附在所述支撑部的短边侧面和所述支撑部的长边侧面，所述底膜层设置在所述周期单元的表面除所述长方体单元的部分。2.如权利要求1所述的三维手性微纳结构，其特征在于：所述支撑部的长边平行于所述周期性单元的长边；所述支撑部的短边平行于所述周期性单元的短边。3.如权利要求1所述的三维手性微纳结构，其特征在于：所述基底的材料为二氧化硅。4.如权利要求1所述的三维手性微纳结构，其特征在于：所述支撑部的高度大于200纳米、小于400纳米。5.如权利要求4所述的三维手性微纳结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇凯，李颖，刘大虎，刘子铭，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：