一种产生单一手性近场的结构及其制备方法与流程

本发明涉及手性近场技术领域，特别是涉及一种产生单一手性近场的结构及其制备方法。

背景技术：

自然界中的手性结构所具有的光学效应往往很弱，并且作用波段受到限制，大多数自然分子的响应波段为紫外波段，人们对手性结构的研究受到了阻碍。等离激元手性结构利用其自身等离激元能够增强电磁场从而达到放大和调控光场的性质，为手性分子的探测提供了更多的可能。

但是，大多数等离激元纳米结构周围产生的手性近场既有左手性近场又有右手性近场，探测生物分子时，手性会抵消，影响探测的灵敏度。并且，手性场大多数都产生在各种微腔内，制备时很难制备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种产生单一手性近场的结构及其制备方法，制备出的结构能产生大区域单一手性近场。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种产生单一手性近场的结构，包括基底和多个手性近场单元，所述多个手性近场单元呈周期排列设置在所述基底上；手性近场单元包括金属底板、第一金属侧板和第二金属侧板，所述金属底板设置于所述基底上，所述第一金属侧板和所述第二金属侧板设置于所述金属底板上，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板之间具有间隙。

可选的，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板平行并垂直设置于所述金属底板上，所述第一金属侧板、所述第二金属侧板与所述间隙组成长方体结构。

可选的，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板的上方均设置有二维材料层。

可选的，所述第一金属侧板靠近所述金属底板的一端与所述第二金属侧板靠近所述金属底板的一端之间的距离小于所述第一金属侧板的另一端与所述第二金属侧板的另一端之间的距离。

可选的，所述第一金属侧板和所述第二金属侧板与所述金属底板之间均设置有热膨胀层。

可选的，所述基底上设置有热膨胀材料，所述热膨胀材料设置在各所述近手性场单元之间。

可选的，位于所述第一金属侧板与所述第二金属侧板之间的金属底板部分上方设置有磁致伸缩材料，所述磁致伸缩材料上方还设置有荧光分子。

可选的，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板之间的距离为2-60nm，所述金属底板的厚度大于20nm。

可选的，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板均为贵金属材料。

一种产生单一手性近场的结构的制备方法，用于制备权利要求1至9任一项权利要求所述的结构，方法包括：

在基底上旋涂光刻胶；

在光刻胶上刻蚀条形孔；

在基底上蒸镀手性近场单元；具体为：使用电子束蒸发镀膜仪在基底上垂直蒸镀金属底板；倾斜电子束极化角蒸镀第一金属侧板；保持极化角不变，旋转方向角蒸镀第二金属侧板；

去除光刻胶。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种生单一手性近场的结构及其制备方法，结构包括基底和多个手性近场单元，所述多个手性近场单元呈周期排列设置在所述基底上；手性近场单元包括金属底板、第一金属侧板和第二金属侧板，所述金属底板设置于所述基底上，所述第一金属侧板和所述第二金属侧板设置于所述金属底板上，所述第一金属侧板与所述第二金属侧板之间具有间隙。本发明中由于金属底板抑制两金属板之间的驻波传播，在间隙内形成了陷波模式，第一金属侧臂上为正电荷，第二金属侧壁上为负电荷，所以电场和磁场的方向在间隙内不会变化，可以在间隙内产生单一手性近场。另外陷波模式会聚集大量的电磁波，产生的单一手性近场会更强。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种产生单一手性近场结构的结构示意图；

图2为发明实施例提供的一种产生单一手性近场结构的手性近场分布图；

图3为发明实施例提供的一种产生单一手性近场结构的手性近场增强谱线图；

图4为发明实施例提供的一种产生单一手性近场结构的磁场分布图。

图5为发明实施例提供的间隙宽度变化对手性近场强度的影响图。

符号说明：1-基底、2-金属底板、3-第一金属侧板、4-间隙、5-第二金属侧板。

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。

本发明的目的是提供一种产生单一手性近场的结构及其制备方法，制备出的结构能产生大区域单一手性近场。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本发明实施例提供的一种产生单一手性近场结构的结构示意图，如图1所示，本结构包括基底1和多个手性近场单元，多个手性近场单元呈周期排列设置在基底1上，手性近场单元包括金属底板2、第一金属侧板3和第二金属侧板5，金属底板2设置于基底1上，第一金属侧板3和第二金属侧板5设置于金属底板2上，第一金属侧板3与第二金属侧板5之间具有间隙4。第一金属侧板3、基底1和第二金属侧板5组成u型结构。在本实施例中，第一金属侧板和第二金属侧板可以是无限延长的。

在本实施例中，第一金属侧板3与第二金属侧板5平行并垂直设置于金属底板2上，第一金属侧板3、第二金属侧板5与间隙4组成长方体结构。

优选地，第一金属侧板3与第二金属侧板5均为贵金属材料，第一金属侧板3与第二金属侧板5之间的距离为2-60nm，金属底板2的厚度大于20nm。

本实施例提供的产生单一手性近场的结构，由于金属底板2抑制了两个金属板之间的驻波传播，在间隙4内形成了陷波模式，第一金属侧板3侧壁上为正电荷，第二金属板5侧壁上为负电荷，所以电场和磁场的方向在间隙4不会变化，因此在间隙4内可以产生单一手性近场，间隙4内的手性近场分布如图2所示。另外陷波模式会聚集大量的电磁波，可以产生较强的单一手性近场，间隙4内平均的手性近场强度如图3所示。

进一步地，为了增强间隙4内产生的手性近场的强度，在第一金属侧板3与第二金属侧板5的上方均设置有二维材料层。其中二维材料可以是石墨烯或二硫化钼。设置二维材料一方面可以在间隙4内聚集更多的电磁波，另一方面也可以和间隙4内的电场相互耦合增强间隙4内的电磁波能量，即通过增强电场和磁场的方法增强间隙4内的手性场强度。进而增强待测手性分子周围的手性场，达到提高检测灵敏度的目的。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中第一金属侧板3靠近金属底板2的一端与第二金属侧板5靠近金属底板2的一端之间的距离，小于第一金属侧板3的另一端与第二金属侧板5的另一端之间的距离。即各手性近场单元的剖面为梯形或者等腰梯形。

由于在靠近第一金属侧板3和第二金属侧板5口处的手性场较强，会将间隙4的口缩小有助于汇聚更多的电磁场在间隙4内，从而增强间隙4内的电场和磁场强度，增强间隙4内的手性场，进而增强待测手性分子周围的手性场，进一步提高检测灵敏度。

实施例3

与实施例1不同的是，在本实施例中第一金属侧板3和第二金属侧板5与金属底板2之间均设置有热膨胀层。

热膨胀层将金属底板2和第一金属侧板3，第二金属侧板5隔开，热膨胀层遇热其厚度会发生变化，隔开金属底板2和第一金属侧板3，第二金属侧板5的距离不同，导致金属底板2对于第一金属侧板3，第二金属侧板5之间的间隙4内电磁场的聚集程度不同，可以达到动态调控手性近场的目的，在手性传感器方面具有广泛的应用。间隙4宽度的变化对于手性近场的强度的影响如图5所示。

进一步地，基底1上设置有热膨胀材料，热膨胀材料设置在各所述近手性场单元之间。即热膨胀材料连通相邻的u型结构。

当热膨胀材料遇热膨胀之后，挤压连通u型结构的两个金属板侧壁，间隙4的宽度缩小，间隙4内对于电磁场的汇聚能力发生改变，改变了间隙4内的手性近场强度，达到动态调控手性近场的目的。

另外，手性近场的强度也可以反映周围温度的变化，因为手性近场的微小变化可以被测量，所以对于微小温度的变化也会很灵敏，因此也可以作为微小温度变化传感器使用。

实施例4

与实施例1不同的是，在本实施例中，位于第一金属侧板3与第二金属侧板5之间的金属底板部分上方设置有磁致伸缩材料，磁致伸缩材料上方还设置有荧光分子。

由于电场产生在间隙4的底部，也就是磁场聚集在靠近金属底板2的一侧，其磁场分布如图4所示。当间隙4在圆偏振光的照射下，其底部会产生磁场，引起磁致伸缩材料的体积发生变化，进而导致磁致伸缩材料上层的荧光分子位置发生变化。

另外，间隙4的顶部手性近场的强度相对较大，磁致伸缩材料的体积变化，也会导致手性场对于荧光发光强度增强的改变。也就是说，磁致伸缩材料的变化会导致上层荧光分子位置和发光强度的变化，从而可以用肉眼直观的判断手性场的强度。

另外地，该结构还可以用于探测磁场的强度。当把结构放在待测磁场周围时，磁致伸缩材料的体积会发生变化，从而引起荧光发光分子的强度和位置的变化，因此就可以用肉眼直观的分辨外界磁场的相对强度。

实施例5

本实施例提供了一种产生单一手性近场的结构的制备方法，方法包括：

步骤101：在基底上旋涂光刻胶。具体为：使用甩胶机在基底上旋涂光刻胶，其中光刻胶可选用乳酸乙酯(ar-p679.04)。

步骤102：在光刻胶上刻蚀条形孔。优选地，使用电子束刻蚀条形孔。

步骤103：在基底上蒸镀手性近场单元；具体为：使用电子束蒸发镀膜仪在基底上垂直蒸镀金属底板；倾斜电子束极化角蒸镀第一金属侧板；保持极化角不变，旋转方向角蒸镀第二金属侧板。其中金属底板厚度为60nm，倾斜的电子束极化角为10度，旋转角度为180度。

步骤104：去除光刻胶。优选地，使用等离子去胶机去除光刻胶。

本方法采用了倾斜角沉积和电子束刻蚀结合的方法。在电子束刻蚀时不需要考虑最小尺寸，只需要刻蚀出矩形槽，再通过调控倾斜角沉积的角度在矩形槽内沉积第一金属侧板和第二金属侧板，其中间隙4的宽度可通过倾斜角沉积的角度控制，对电子束的要求大大降低，解决了微小尺寸很难实现的问题。

根据本发明公开的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明中由于金属底板抑制两金属板之间的驻波传播，在间隙内形成了陷波模式，第一金属侧臂上为正电荷，第二金属侧壁上为负电荷，所以电场和磁场的方向在间隙内不会变化，可以在间隙内产生单一手性近场。另外陷波模式会聚集大量的电磁波，产生的单一手性近场会更强。

(2)本发明在两金属板上方均设置有二维材料层。一方面可以在间隙内聚集更多的电磁波，另一方面也可以和间隙内的电场相互耦合增强间隙内的电磁波能量，即通过增强电场和磁场的方法增强间隙内的手性场强度。进而增强待测手性分子周围的手性场，达到提高检测灵敏度的目的。

(3)本实施例中第一金属侧板靠近金属底板的一端与第二金属侧板靠近金属底板的一端之间的距离，小于第一金属侧板的另一端与第二金属侧板的另一端之间的距离。由于在靠近第一金属侧板和第二金属侧板口处的手性场较强，会将间隙的口缩小有助于汇聚更多的电磁场在间隙内，从而增强间隙内的电场和磁场强度，增强间隙内的手性场，进而增强待测手性分子周围的手性场，进一步提高检测灵敏度。

(4)本发明在第一金属侧板和第二金属侧板与金属底板之间均设置有热膨胀层。热膨胀层遇热其厚度会发生变化，导致金属底板对于第一金属侧板，第二金属侧板之间的间隙内电磁场的聚集程度不同，可以达到动态调控手性近场的目的。并且基底上还设置有热膨胀材料，热膨胀材料设置在各所述近手性场单元之间。当热膨胀材料遇热膨胀之后，会改变间隙内的手性近场强度，进一步达到动态调控手性近场的目的。

(5)本发明中位于第一金属侧板与第二金属侧板之间的金属底板部分上方设置有磁致伸缩材料，磁致伸缩材料上方还设置有荧光分子。当间隙在圆偏振光的照射下，引起磁致伸缩材料的体积发生变化，导致上层荧光分子位置和发光强度的变化，可以用肉眼直观的判断手性场的强度。

(6)本发明采用了倾斜角沉积和电子束刻蚀结合的方法，在电子束刻蚀时不需要考虑最小尺寸，只需要刻蚀出矩形槽，再通过调控倾斜角沉积的角度在矩形槽内沉积第一金属侧板和第二金属侧板，其中间隙的宽度可通过倾斜角沉积的角度控制，对电子束的要求大大降低，解决了微小尺寸很难实现的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。