一种完美磁偶极纳米天线设计方法与流程

本发明涉及纳米天线技术领域，特别是涉及一种完美磁偶极纳米天线设计方法。

背景技术：

纳米光学天线可以在近场亚波长范围内对光波进行调控，从而实现光信息在纳米尺度上的处理和传播。目前研究的纳米天线主要是基于表面等离子体共振的金属纳米天线，即金属纳米颗粒受光波激发后产生表面等离子体共振，成为偶极子天线，这样可以大大增强电磁场，并对特定波长的光进行强散射。

然而，能产生接近100％完美磁偶极散射的金核-硅壳结构复杂，基于当前纳米加工技术，对设计和制作都带来了很大的挑战。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种完美磁偶极纳米天线设计方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种完美磁偶极纳米天线设计方法，所述方法包括以下步骤：

调整下金属盘的厚度以使成键模式下磁偶极散射贡献率达到最大；

在调整下金属盘厚度使磁偶极散射贡献率最大的情况下，调整电介质层的折射率，以使磁偶极散射贡献率进一步增大。

本发明中的一种完美磁偶极纳米天线设计方法，在金属-电介质-金属的经典三明治结构基础上，通过调整杂化纳米盘二聚体结构的几何参数和中间电介质的折射率，从而实现99.3％的完美磁偶极散射，优化的杂化纳米盘二聚体结构制作简单、非辐射损耗低，且能有效聚集入射场能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为磁偶极纳米天线设计的原理图；

图2为本发明的设计方法第一步骤后得到的各极散射对整体散射的贡献率示意图；

图3为本发明的设计方法第二步骤后得到的各极散射对整体散射的贡献率示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

杂化金属纳米盘受激发产生两种共振模式：成键(bonding)和反成键(antibonding)，反成键模式主要由电偶极(ed)散射贡献，成键模式由磁偶极(md)、电偶极和电四极(eq)散射共同贡献。因此在成键模式下实现纯磁偶极散射需要消除电偶极和电四极散射的影响。当电介质的折射率增大、下金属盘厚度增加后，可以在杂化纳米盘二聚体结构中产生等效的完美电流环路，从而有效抑制电偶极和电四极散射，进而产生完美磁偶极共振，原理如图1所示。基于这样的原理，本发明提供了一种完美磁偶极纳米天线设计方法，该方法包括以下两个步骤：

调整下金属盘的厚度以使成键模式下磁偶极散射贡献率达到最大。如图2所示，先设置电介质层是sio2，折射率nspa＝1.45，厚度tspa＝60nm，上下金属盘直径d＝160nm，上金属盘厚度tup＝30nm，改变下金属盘厚度tdn得到成键模式下各极散射对整体散射的贡献率，数据表明，在tdn＝50nm时，md贡献率已经达到了75％，本实施例中上下金属盘的材质均为银；

在调整下金属盘厚度使磁偶极散射贡献率最大的情况下，调整电介质层的折射率，以使磁偶极散射贡献率进一步增大。如图3所示，tdn＝50nm，改变电介质层折射率nspa，得到成键模式下各极散射对整体散射的贡献率，在nspa＝5.6时，md贡献率已经达到了99.3％，接近完美。

本发明通过优化金属-电介质-金属经典三明治结构，实现了完美磁偶极共振。对比金核-硅壳结构，该结构更容易制备。除此之外，杂化纳米盘二聚体结构也增强了电磁场的近场，对增强纳米尺度光与物质的相互作用也具有重要意义，同时通过调整杂化纳米盘电介质层折射率也可有效调控远场散射特性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种完美磁偶极纳米天线设计方法，涉及纳米天线技术领域，在金属‑电介质‑金属的经典三明治结构基础上，通过调整杂化纳米盘二聚体结构的几何参数和中间电介质的折射率，从而实现99.3％的完美磁偶极散射，优化的杂化纳米盘二聚体结构制作简单、非辐射损耗低，且能有效聚集入射场能量。

技术研发人员：刘绍鼎;刘杰;侯浩杰;肖博文;白雅婷;董红霞;张婷婷
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2019.04.04
技术公布日：2019.06.11