一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底的制作方法

本发明涉及克尔效应应用领域，具体涉及一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底。

背景技术：

克尔效应是指线偏振光入射到磁化的磁性材料上，反射光的偏振面发生旋转的现象。克尔效应在磁光存储、三维成像、生物检测等领域具有巨大的应用潜力。一般地，当磁化的磁性材料直接与入射光相互作用时，所产生的克尔效应弱，不利于克尔效应的应用。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底，包括基底、磁性材料层、微结构，磁性材料层置于基底上，微结构为一维线栅形，微结构按照一维周期排列，微结构的截面包括依次连接的第一竖直部、横部、第二竖直部，第一竖直部和第二竖直部垂直于横部，第一竖直部和第二竖直部位于横部的同侧，第一竖直部和第二竖直部位于磁性材料层内，第一竖直部和第二竖直部沿磁性材料层的法线方向。

更进一步地，横部位于磁性材料层的表面。

更进一步地，横部至少部分地设置在磁性材料层的内部。

更进一步地，第一竖直部和第二竖直部的高度不相等。

更进一步地，微结构的材料为贵金属。

更进一步地，贵金属为金。

更进一步地，横部的厚度小于60纳米。

更进一步地，第一竖直部和第二竖直部的长度小于200纳米。

更进一步地，基底为非磁性材料。

更进一步地，磁性材料层的材料为钴、铋铁石榴石。

本发明的有益效果：本发明提供了一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底，磁性材料层置于基底上，微结构为一维线栅形，微结构按照一维周期排列，微结构的截面包括依次连接的第一竖直部、横部、第二竖直部，第一竖直部和第二竖直部垂直于横部，第一竖直部和第二竖直部位于横部的同侧，第一竖直部和第二竖直部位于磁性材料层内，第一竖直部和第二竖直部沿磁性材料层的法线方向。应用时，入射光倾斜照射微结构，引起横部中水平方向的电荷振动，水平方向的电荷振动引起电荷在第一竖直部和第二竖直部中沿竖直方向振动，产生法诺共振，从而在磁性材料层内产生强电场，这些强电场与磁性材料层作用，增强了衬底的克尔效应。本发明中，将水平方向的电荷振动诱导为竖直方向的电荷振动，增加了磁性材料层与入射光的作用，具有克尔效应强的优点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底的示意图。

图2是又一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底的示意图。

图3是再一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底的示意图。

图中：1、基底；2、磁性材料层；3、微结构；31、横部；32、第一竖直部；33、第二竖直部。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种具有法诺共振效果的克尔效应衬底。如图1所示，该具有法诺共振效果的克尔效应衬底包括基底1、磁性材料层2、微结构3。磁性材料层2置于基底1上。基底1的材料为非磁性材料。优选地，基底1的材料为二氧化硅。磁性材料层2的材料为磁性材料。磁性材料层2可以由一种磁性材料构成，也可以由多种磁性材料构成。优选地，磁性材料层2的材料为钴、铋铁石榴石。微结构3的材料为贵金属。优选地，贵金属为金。微结构3为一维线栅形，微结构3按照一维周期排列。也就是说，衬底为一维周期性结构，微结构3的整体为平行的条形，并按照一维方向周期分布。在垂直于线栅的方向，微结构3的截面包括依次连接的第一竖直部32、横部31、第二竖直部33。第一竖直部32和第二竖直部33垂直于横部31，第一竖直部32和第二竖直部33位于横部31的同侧。第一竖直部32和第二竖直部33位于磁性材料层内2，第一竖直部32和第二竖直部33沿磁性材料层2的法线方向。横部31位于磁性材料层2的表面。

应用时，入射光倾斜照射微结构3，在图1中施加垂直于纸面方向的磁场，通过探测反射光，实现克尔效应强度的探测。入射光引起横部31中水平方向的电荷振动，水平方向的电荷振动引起电荷在第一竖直部32和第二竖直部33中沿竖直方向振动，产生法诺共振，从而在磁性材料层2内产生强电场，这些强电场与磁性材料层2作用，增强了衬底的克尔效应。与传统在磁性材料层2的表面设置贵金属微纳结构相比，本发明中，将水平方向的电荷振动诱导为竖直方向的电荷振动，将强电场引入到磁性材料层2的内部，增加了磁性材料层2与入射光的作用，具有克尔效应强的优点，在克尔效应应用领域具有良好的应用前景。

更进一步地，在微结构3的截面内，横部31为矩形，横部31的厚度小于60纳米，横部31的宽度小于1000纳米。在微结构3的截面内，第一竖直部32和第二竖直部33也为矩形。第一竖直部32和第二竖直部33的长度，也就是高度，小于200纳米，第一竖直,32和第二竖直部33的宽度小于60纳米。这样一来，表面等离激元共振波长位于可见光和近红外区域，便于探测。此外，这样的尺寸也能够在整个微结构上产生局域表面等离激元共振，从而导致产生强电场的区域大，与磁性材料的作用强，具有衬底的克尔效应强的效果。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，第一竖直部32和第二竖直部33的高度不相等。这样一来，更多地破坏了微结构3的对称性，微结构3更容易产生法诺共振、法诺共振的强度大，能够在微结构3附近产生更强的电场，这些电场能够与磁性材料作用，激发更强的克尔效应。

实施例3

在实施例2的基础上，横部31至少部分地设置在磁性材料层2的内部。如图3所示，横部31的一部分设置在磁性材料内。此外，还可以将横部31全部设置在磁性材料内，但是磁性材料层2的表面与横部31上表面之间的距离小于100纳米。这样一来，入射光能够激发横部31中的电荷振动，横部31附近的电场又完全被用于与磁性材料作用，所以具有克尔效应强的优点。但是磁性材料层2的表面与横部31上表面之间的距离又不能太大，太大的距离将降低入射光与横部31的耦合，减弱微结构3附近的电场。

实施例4

在实施例3的基础上，微结构3还包括第三竖直部，第三竖直部与第二竖直部33或第一竖直部32平行，第三竖直部位于第一竖直部32和第二竖直部33之间、横部31的下侧，但是第三竖直部与横部31不连接，第三竖直部与第二竖直部33之间的距离小于第三竖直部与第一竖直部32之间的距离。这样一来，一方面，由于第三竖直部与第二竖直部33之间的耦合，更多的能量和电场被耦合进入磁性材料层2内，增强了磁性材料与局域电场的作用，增强了衬底的磁光效应；另一方面，由于第三竖直部与横部31的耦合，增加了反射光谱中共振峰的半峰宽，拓宽了克尔效应的应用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。