本发明涉及光学偏振取向控制的结构与方法，尤其是一种利用电子自旋极化实现具有电场可调极化率的旋光的结构与方法。
背景技术：
单色线偏振光沿着光轴方向受到某种作用导致其振动面发生转动的现象称为旋光现象。如今旋光技术具有广阔的应用前景，如电光、磁光、液晶、光通讯、光传感、光开关、光调制、光存储、外差探测、薄膜参数测量、物质结构探测、生物细胞荧光测量、图像识别、乃至最新的生物芯片探测，旋光的应用无处不在。目前用以产生旋光的方法主要包括以下几种：(1)利用旋光物质，比如糖溶液、松节油液体，还包括石英、朱砂等固体，不利于集成；(2)利用磁致旋光效应，此方法由于受制于现有磁光材料本身应用性能的不理想，如温度稳定性和磁滞效应等，以及成本较高等问题，也制约了其进一步广泛应用；(3)利用液晶的各向异性产生旋光效应，以制成各种显示器件、光调制器、光路转换开关等。然而上述几种方法基本是利用透射方式来进行线偏振光偏振面取向转动的控制，与目前基于全反射的光纤、光波导等光学器件之间仍存在的集成与兼容性的问题。
技术实现要素：
本发明鉴于旋光器件的设计需求及极化率的调控问题，提出一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构与方法，旨在解决旋光器件集成与兼容性问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构，包括：由下至上依次层叠设置在基板上的第一透明电极、第一bn二维材料、掺杂有铁磁金属原子的iii-vi族硫属化物二维材料、第二bn二维材料、第二透明电极。
在一较佳实施例中：所述掺杂铁磁金属的iii-vi族硫属化物二维材料的厚度d满足范围0<d<10nm。
在一较佳实施例中：所述掺杂有铁磁金属材料的iii-vi族硫属化物二维材料的化学式为mx，其中m＝ga、in，x＝s、se。
在一较佳实施例中：所述铁磁金属材料在iii-vi族硫属化物二维材料中的掺杂位置包含iii-vi族硫属化物二维材料的晶格替位或间隙位。
在一较佳实施例中：所述铁磁金属材料为fe、co、ni中的一种或几种，以及它们的合金，掺杂浓度为0～10％。
在一较佳实施例中：所述第一bn二维材料和第二bn二维材料的厚度为0～5nm。
在一较佳实施例中：第一透明电极、第二透明电极的电极材料由石墨烯、ito、azo中的一种或多种材料构成。
一种使用如上所述的结构产生具有电场可调极化率的旋光的方法，包括如下步骤：
步骤一、采用激光入射至由第一bn二维材料、iii-vi族硫属化物二维材料、第二bn二维材料组成的三明治结构中；
步骤二、激光激发掺杂有铁磁金属材料的iii-vi族硫属化物二维材料中自旋极化电子的跃迁，产生旋光现象；
步骤三、向所述三明治结构中施加垂直电场，在0～100％范围内调控自旋极化电子的自旋极化率，实现电场可调极化率的旋光效应。
在一较佳实施例中：所述垂直电场的电场范围为
在一较佳实施例中：所述旋光的产生的温度t范围为0k≤t≤300k。
在一较佳实施例中：采用的激光辐射波长的范围为250nm～580nm；采用的激光的辐射功率范围为1μw～50mw。
相较于现有技术，本发明提供的一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构，可在0k≤t≤300k温度条件下、磁场或非磁场、空气或真空环境条件中产生旋光的结构与方法，并采用电场调控方式，在0～100％范围内调控旋光极化率，可解决旋光器件集成与兼容性问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的原理与结构示意图。
图2电场为0和
图3电场为0和
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作详细说明，但本发明保护的范围不仅限于下述实施例：
本发明所述的产生具有电场可调极化率的旋光的方法与结构是基于激光激发掺杂铁磁金属的iii-vi族硫属化物二维材料的自旋极化电子的跃迁来实现旋光效应，并且利用垂直电场调节所述掺杂铁磁金属的iii-vi族硫属化物二维材料的磁结构在铁磁耦合与反铁磁耦合之间转变来实现旋光极化率的调控。所以所述铁磁金属可掺杂于iii-vi族硫属化物二维材料的晶格替位或间隙位，在iii-vi族硫属化物二维材料中产生自旋极化电子均可；所述iii-vi族硫属化物二维材料可选择gase、gas、inse或ins中的一种，厚度可从单分子层到小于10nm；所述铁磁金属可选择fe、co、ni中的一种或几种，以及他们的合金，掺杂浓度可为0～10％；所述激光激发的自旋极化电子可通过位于iii-vi族硫属化物二维材料两侧、厚度0～5nm的第一bn二维材料和第二bn二维材料限制于掺杂铁磁金属的iii-vi族硫属化物二维材料中；所述垂直电场可通过第一透明电极和第二透明电极施加至iii-vi族硫属化物二维材料上，所述第一透明电极和第二透明电极可采用石墨烯、ito、azo中的一种或多种材料。
实施例1：
如图1所示，本实施例结构由下至上依次包含基板、第一透明电极、第一bn二维材料、fe原子掺杂的单分子层gase二维材料、第二bn二维材料、第二透明电极。其中fe原子掺杂的单分子层gase二维材料可采用分子束外延法或化学气相沉积结合原位掺杂技术生长的fe原子掺杂的单分子层gase二维材料，fe原子掺杂于单分子层gase二维材料的晶格替位，掺杂浓度为2.8％，从而在单分子层gase二维材料中产生自旋极化电子；第一bn二维材料和第二bn二维材料采用转移生长在铜箔上的bn二维材料，厚度均采用3分子层(约1.2nm)；第一透明电极和第二透明电极均采用转移生长在铜箔上石墨烯透明电极，厚度均采用5分子层(约1.5nm)。
旋光的产生以及极化率的电场调控可采用如下方法：
1.选择中心波长为532nm，功率为1mw的绿光激光器，为了提高激光的单色性，在激光前放置一片532±3nm的滤光片，经滤光片后的激光直接垂直入射于图1所示器件结构的表面；
2.激光激发fe原子掺杂的单分子层gase二维材料自旋极化电子的跃迁，产生旋光信号；通过单色光谱仪、光电倍增管与锁相放大器探测发光信号中的左旋和右旋圆偏振部分并进行比较，得到旋光极化率；经理论计算预测，此时掺杂的fe原子与单分子层gase二维材料形成铁磁耦合，如图2所示，旋光极化率接近于0，如图3所示；
3.通过第一石墨烯透明电极和第二石墨烯透明电极对器件分别施加
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。