本發(fa)明(ming)(ming)涉及等(deng)(deng)離(li)激元誘導透(tou)明(ming)(ming)，特(te)別是一種可實現寬帶(dai)等(deng)(deng)離(li)激元誘導透(tou)明(ming)(ming)窗口的納(na)米棒(bang)聚合結構(gou)。

背景技術：

光(guang)場可(ke)激(ji)(ji)(ji)發(fa)金(jin)屬納(na)米結(jie)構的局(ju)域(yu)表(biao)面(mian)等(deng)離(li)激(ji)(ji)(ji)元(yuan)共振(zhen)現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)(localizedsurfaceplasmonresonance,lspr)，通(tong)(tong)過合理設計微納(na)結(jie)構，可(ke)以在(zai)微納(na)尺(chi)寸實(shi)現(xian)(xian)(xian)對光(guang)信號在(zai)的操控(kong)。各(ge)個(ge)等(deng)離(li)激(ji)(ji)(ji)元(yuan)振(zhen)蕩模式(shi)的雜化可(ke)以實(shi)現(xian)(xian)(xian)對光(guang)波共振(zhen)頻率的調節，從而可(ke)應用(yong)于(yu)生物(wu)傳(chuan)感、波導、增強拉曼散射等(deng)眾多光(guang)電(dian)子器件。其中，等(deng)離(li)激(ji)(ji)(ji)元(yuan)誘導透明(ming)(plasmon-inducedtransparency,pit)類(lei)似于(yu)原子系(xi)統(tong)中的電(dian)磁感應透明(ming)(electromagnetic-inducedtransparency,eit)現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)，已(yi)經通(tong)(tong)過金(jin)屬納(na)米結(jie)構實(shi)現(xian)(xian)(xian)。pit是通(tong)(tong)過激(ji)(ji)(ji)發(fa)光(guang)、暗態(tai)磁表(biao)面(mian)等(deng)離(li)激(ji)(ji)(ji)元(yuan)(magneticsurfaceplasmon,msp)分別與明(ming)態(tai)局(ju)域(yu)表(biao)面(mian)等(deng)離(li)激(ji)(ji)(ji)元(yuan)(localizedsurfaceplasmon,lsp)之間的耦(ou)合產(chan)生的。這(zhe)兩(liang)個(ge)躍遷路徑間具有量子干涉相消效應，從而使得金(jin)屬納(na)米結(jie)構表(biao)現(xian)(xian)(xian)出零吸收現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)。這(zhe)一(yi)物(wu)理現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)可(ke)在(zai)光(guang)開關(guan)、慢光(guang)裝置等(deng)諸多方(fang)面(mian)有重要作用(yong)。

目前，諸(zhu)多可(ke)實現等(deng)離激(ji)(ji)(ji)元(yuan)誘(you)導(dao)透(tou)明現象的(de)(de)金屬納米結(jie)構已(yi)被(bei)報道。以(yi)納米柱、納米棒聚合結(jie)構為代表，比如納米棒二聚體(ti)(ti)(公(gong)開號(hao)：cn104061997a)、納米棒三聚體(ti)(ti)(公(gong)開號(hao)：cn104634437a)等(deng)，均(jun)可(ke)在可(ke)見光(guang)與近紅外波段(duan)實現等(deng)離激(ji)(ji)(ji)元(yuan)誘(you)導(dao)透(tou)明窗(chuang)口。但(dan)大多納米結(jie)構的(de)(de)等(deng)離激(ji)(ji)(ji)元(yuan)誘(you)導(dao)透(tou)明窗(chuang)口具有窄帶特性(xing)。

技術實現要素：

本發(fa)明(ming)的目的是針對(dui)上述存在問題，提供(gong)一種可(ke)實(shi)現寬(kuan)帶等(deng)離激元(yuan)誘導透明(ming)窗口的納米棒(bang)聚合結構，可(ke)在可(ke)見光(guang)與近紅外波段實(shi)現寬(kuan)帶的等(deng)離激元(yuan)誘導透明(ming)窗口，這一特性(xing)可(ke)應用于(yu)光(guang)開關、慢光(guang)裝置等(deng)領(ling)域。

本發明的技術方案：

一種可(ke)實(shi)(shi)現寬(kuan)帶等(deng)離(li)激(ji)元(yuan)誘導(dao)透明(ming)窗口(kou)的納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)聚(ju)(ju)合結(jie)構(gou)，采用(yong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)-絕緣(yuan)體-金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(metal-insulator-metal,mim)型(xing)(xing)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)聚(ju)(ju)合結(jie)構(gou)，上(shang)層金(jin)(jin)(jin)屬(shu)為邊對邊排列的金(jin)(jin)(jin)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)二聚(ju)(ju)體；下層金(jin)(jin)(jin)屬(shu)為金(jin)(jin)(jin)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)；兩層納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)之間為二氧化硅絕緣(yuan)層；從(cong)而構(gou)成了可(ke)實(shi)(shi)現寬(kuan)帶等(deng)離(li)激(ji)元(yuan)誘導(dao)透明(ming)窗口(kou)的mim型(xing)(xing)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)棒(bang)(bang)聚(ju)(ju)合結(jie)構(gou)。

所(suo)述上層金屬的(de)金納米棒(bang)(bang)二聚體中(zhong)，納米棒(bang)(bang)的(de)長(chang)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)240nm、寬度(du)(du)均為(wei)(wei)(wei)60nm、厚度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)20nm，兩個納米棒(bang)(bang)間隔為(wei)(wei)(wei)10nm；下層金納米棒(bang)(bang)的(de)長(chang)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)240nm、寬度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)130nm、厚度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)20nm；二氧(yang)化硅絕緣層的(de)長(chang)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)240nm、寬度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)130nm、厚度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)10nm。

本發明的工作機理：

通(tong)過納米棒間形成(cheng)的多個電流環，得到多個磁表面等離激(ji)元暗態模(mo)式(msps)，且各個msps具有接近(jin)的共振波長。激(ji)發光(guang)、各個msps分別與明態局域(yu)表面等離激(ji)元(lsp)之間的耦合并干(gan)涉抵(di)消，從(cong)而在可見光(guang)與近(jin)紅外(wai)波段內實(shi)現寬(kuan)帶的等離激(ji)元誘導透明窗口。

本發明的有益效果是：

本發明(ming)(ming)所提出的(de)金屬-絕緣體(ti)-金屬型(xing)納米棒聚合(he)結(jie)構，可在(zai)可見光與近紅(hong)外波段實現寬帶的(de)等(deng)離(li)激元誘導透(tou)明(ming)(ming)窗(chuang)口。這一特性可應(ying)用于(yu)光開(kai)關、慢光裝置等(deng)領(ling)域。

附圖說明

圖(tu)1為納米(mi)棒(bang)聚合結構示意圖(tu)。

圖2為yz平面納米棒聚合結(jie)構示意圖。

圖3為納米棒聚合結(jie)構的消光譜(pu)。

圖中：1.上(shang)層金屬(shu)2.下層金屬(shu)3.二氧化硅(gui)絕緣層。

具體實施方式

實施例：

一種可實現寬(kuan)帶等離激元誘導透明窗口的(de)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)聚(ju)合結構(gou)，如圖(tu)1、2所示，上層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)1為(wei)(wei)(wei)邊(bian)(bian)對邊(bian)(bian)排列(lie)的(de)金(jin)(jin)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)二聚(ju)體，納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)的(de)長(chang)度均為(wei)(wei)(wei)240nm、寬(kuan)度均為(wei)(wei)(wei)60nm、厚度為(wei)(wei)(wei)20nm、兩個納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)間隔為(wei)(wei)(wei)10nm；下層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)2為(wei)(wei)(wei)金(jin)(jin)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)，納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)的(de)長(chang)度為(wei)(wei)(wei)240nm、寬(kuan)度為(wei)(wei)(wei)130nm、厚度為(wei)(wei)(wei)20nm；兩層(ceng)(ceng)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒(bang)之(zhi)間為(wei)(wei)(wei)二氧化硅絕(jue)緣層(ceng)(ceng)3，長(chang)度為(wei)(wei)(wei)240nm、寬(kuan)度為(wei)(wei)(wei)130nm、厚度為(wei)(wei)(wei)10nm。

實(shi)際制備過程(cheng)中，考慮其可操作性，可利(li)用二氧(yang)化(hua)硅透明介質(zhi)為基(ji)底，納米棒聚合結(jie)構(gou)在(zai)基(ji)底上呈現平面上的周期性排列。

入(ru)射(she)(she)光垂直(zhi)照(zhao)射(she)(she)至mim型納米棒聚(ju)合結構上(shang)，電場方向分布平行于(yu)納米棒的短(duan)軸。

圖3為(wei)納米棒聚合結(jie)構的消(xiao)光(guang)譜。圖中顯(xian)示：在(zai)(zai)700nm-830nm波(bo)段中，納米棒結(jie)構的消(xiao)光(guang)在(zai)(zai)5％以下，即透射(she)率達95％以上(shang)。這與(yu)通常的等離激元誘(you)導透明(ming)(ming)窗口相比，具有明(ming)(ming)顯(xian)的寬(kuan)帶性。

對700nm-830nm波段納米(mi)棒聚合結構的(de)(de)(de)電磁場、電荷分(fen)布進行分(fen)析，發現其寬帶等(deng)離激元(yuan)誘導(dao)透明窗口是由激發光及多(duo)個具有相近共振波長的(de)(de)(de)磁表面等(deng)離激元(yuan)暗態模式(msps)共同(tong)與納米(mi)結構的(de)(de)(de)局域(yu)表面等(deng)離激元(yuan)(lsp)明態模式的(de)(de)(de)干(gan)涉抵(di)消產生的(de)(de)(de)。

分(fen)別對透明窗口內(nei)730nm和(he)(he)(he)780nm波(bo)(bo)長進行電磁(ci)場和(he)(he)(he)電荷分(fen)布分(fen)析(xi)。在730nm和(he)(he)(he)780nm處，上層和(he)(he)(he)下(xia)層au納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)電荷均呈現(xian)反向分(fen)布，但(dan)下(xia)層納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)為lsp六(liu)極(ji)或(huo)八(ba)極(ji)分(fen)布，從而在絕緣層中(zhong)出(chu)現(xian)小(xiao)強度磁(ci)共(gong)振。但(dan)是(shi)，上層納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)二聚體中(zhong)均形成了環形電流，從而出(chu)現(xian)了明顯(xian)強度的磁(ci)表面等離(li)激元暗態模式(msps)，尤(you)其(qi)是(shi)在二個納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)的相鄰處，且730nm和(he)(he)(he)780nm處的msps相位(wei)相反。其(qi)中(zhong)780nm處msp的出(chu)現(xian)取決于上層納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)的小(xiao)間隔10nm所(suo)引起的棒(bang)(bang)間耦合。所(suo)以，納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)聚合結(jie)構700nm-830nm波(bo)(bo)段的透明窗口，是(shi)上層納(na)(na)(na)米棒(bang)(bang)二聚體msps、絕緣層中(zhong)磁(ci)共(gong)振、入(ru)射光與底層lsp多極(ji)模式共(gong)同作(zuo)用的結(jie)果。

技術特征：

技術總結
一種可實現寬帶等離激元誘導透明窗口的納米棒聚合結構，采用金屬?絕緣體?金屬(MIM)型納米棒聚合結構，上層金屬為邊對邊排列的金納米棒二聚體；下層金屬為金納米棒；兩層納米棒之間為二氧化硅絕緣層；從而構成了可實現寬帶等離激元誘導透明窗口的MIM型納米棒聚合結構。本發明的有益效果是：本發明所提出的金屬?絕緣體?金屬型納米棒聚合結構，可在可見光與近紅外波段實現寬帶的等離激元誘導透明窗口，這一特性可應用于光開關、慢光裝置等領域。

技術研發人員：劉菲;張楷亮;任廣軍;薛力芳
受保護的技術使用者：天津理工大學
技術研發日：2017.05.05
技術公布日：2017.10.03