CN108562958A - 一种平面金属纳米手性结构、制备方法和at效应调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面金属纳米手性结构、制备方法和AT效应调控方法，该结构是由多个结构相同的纳米单元上下、左右组合阵列而成的手性结构；纳米单元包括金属纳米棒和位于金属纳米棒一侧的S形金属纳米结构；S形金属纳米结构具有手性特征；金属纳米棒为长方体，其宽度和厚度分别与S形金属纳米结构的宽度和厚度相等；金属纳米棒和S形金属纳米结构之间有间距；金属纳米棒和S形金属纳米结构均采用金材料。本发明结构由金属纳米棒和S形金属纳米结构两个单独的简单结构组合而成，能够在圆偏振光垂直照射下产生高效直入射非对称传输。此外，通过调节本发明的结构参数实现可预测的非对称传输频带光谱调整，对AT信号的强弱和峰值波段进行调控。

Description

一种平面金属纳米手性结构、制备方法和AT效应调控方法

技术领域

本发明属于电磁波偏振态调控技术领域，具体涉及一种实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构及其制备方法和AT效应调控方法。

背景技术

非对称传输(AsymmetricTransmission, AT)是指入射的电磁波分别从传输介质的两侧入射时表现出不同的传输性能，其传输性能包括透射、吸收、反射、偏振转换等。本文采用直入射不同偏振态的圆偏振光透射描述非对称传输信号，用公式表示即。下角标“+”（“-”）代表右（左）旋；下角标“-+”（“+-”）代表右（左）旋圆偏振光入射，右（左）旋圆偏振光出射。在集成光路、通讯、现代军事等领域中，很多基础的元器件，如天线罩以及电磁波隔离器等，都基于某种非对称传输的特性进行工作。随着微波以及光通讯等领域的高速发展，对具有非对称传输性能的电磁器件的需求越来越大。因此，设计和研制各种不同类型的非对称传输器件的，具有十分重要的现实意义。

手性是自然界普遍的一种现象，在生命化学等科学烟具各个领域广泛存在。手性是指，一个结构与其镜像不能完全重合的性质，就如同左右手呈镜像对称却不重合，手性与其镜像成为手性对映体，二者在药力、毒性等化学性质存在着一定的差异，因此，手性对映体的识别和量化对于生命科学和药物化学研究以及人类健康具有十分重要的意义。

等离激元是指入射光在金属表面激发出的自由电子集群振荡，能够实现电场增强，提高许多光学过程的效率，人工的等离激元结构具有很多奇特的电磁性能，在表面增强光谱、生物传感等方面有着广泛的应用。近年来，等离激元手性金属材料及其AT性能，已经成为一项重要的研究课题，取得了一定研究成果。由于手性等离激元材料特殊的几何结构，即本身结构的非镜像对称性，其LSPR的强偶极矩与外部光场的相互作用下产生了非常强的手性响应，相反方向传播的电磁波通过后，其传输性能不同。

2006年，Fedotov等在平面手性等离激元结构中发现了圆偏振光的AT现象。此后，利用手性等离激元结构的这一性质，产生了许多三维手性纳米结构，如金属螺旋纳米结构，层状手性等离激元纳米结构和类二极管三层手性等离激元纳米结构等。通过自下而上和自上而下的制造技术制备螺旋或多层手性纳米结构非常复杂，难于操作。

与现有技术中的三维手性纳米结构相比，平面手性纳米结构更容易制造。因此，具有AT效应的平面金属纳米结构已引起研究人员更多的关注，如G形结构，非对称双开口谐振环和手性鱼鳞结构等。虽然现有技术中也有单层结构来实现圆偏振光、线偏振光的非对称传输效应，但其结构复杂，制备图形的过程复杂，效率低；此外，对于直入射圆偏振光，大多数的平面手性纳米结构的AT效应信号弱，限制了AT效应的应用。因此，设计一种能够获得较大AT效应的新颖结构是非常有意义的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的实现圆偏振光、线偏振光的非对称传输效应的单层结构信号弱、结构复杂、制备效率低的问题，本发明提供了一种高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构及其制备方法和AT效应调控方法，具有结构简单，制备过程效率高，且能够产生高效直入射非对称传输，信号易于探测。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种平面金属纳米手性结构，由多个结构相同的金纳米单元上下、左右组合构成的手性结构；

所述金属纳米单元包括金属纳米棒和位于金属纳米棒旁的同平面的S形金属纳米结构；

所述金属纳米棒为长方体，所述S形金属纳米结构是由第一弧体结构和第二弧体结构首尾连接而成的一体结构，所述第一弧体结构和第二弧体结构外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒的宽度；所述第一弧体结构和第二弧体结构的厚度相等，且等于金属纳米棒的厚度；

所述金属纳米棒和S形金属纳米结构之间有间距；

所述金属纳米棒和S形金属纳米结构均采用的材料为金。

进一步的，所述金属纳米棒的宽度w = 20nm~60nm，厚度为50 nm，长度为l =160nm~200nm；所述S形金属纳米结构的宽度w = 20nm~60nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r = 60 nm和R = 100 nm；所述金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距定义为g=20nm~100nm，所述第一弧体结构和第二弧体结构的圆心角均为180~270°。

进一步的，所述金属纳米棒的宽度w = 40nm，长度为l = 180nm；所述S形金属纳米结构的宽度w = 40nm；所述金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距定义为g=60nm，所述第一弧体结构和第二弧体结构的圆心角均为180°。

上述平面金属纳米手性结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；

步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶；

步骤3，涂胶后烘干：将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干；

步骤4，电子束曝光结构图形：用图形发生器设计所述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构的图形，并用电子束曝光，得到曝光后的基底；

步骤5，显影：常温下，将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影；

步骤6，定影：将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影，定影完成后将基底取出，用氮气吹干；

步骤7，定影后烘干：将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干；

步骤8，镀金：将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金，蒸镀完冷却10min～20min后再取出；

步骤9，剥离PMMA光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中，时间至少为30min，溶解电子束PMMA光刻胶；

步骤10，吹干：用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底，得到所述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构。

进一步的，所述步骤1具体操作为：准备厚度为1.0mm，长宽尺寸为20.0mm*20.0mm的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，用去离子水超声15min后，用丙酮超声15min，再用酒精超声15min，之后用去离子水超声5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。

进一步的，所述步骤2中光刻胶的厚度为270nm，所述甩胶机的转速为4000rpm，时间为60 s。所述步骤3和步骤7中烘干的温度均为150℃，时间为3min。

进一步的，所述步骤5中显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成，浸泡显影的时间为60s。所述步骤6中浸泡定影的时间为60s。

所述步骤8中真空蒸发镀膜机的真空度不大于3*10^-6torr，蒸镀金的厚度为50nm。

一种AT效应的调控方法，通过对所述的平面金属纳米手性结构的参数进行调节，实现可预测的非对称传输频带光谱调整，对AT信号的强弱和峰值波段进行调控；所述参数为金属纳米棒的长度或金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明的平面金属纳米手性结构，由金属纳米棒和S形金属纳米结构两个单独的简单结构组合而成，两个单独的简单结构中，金属纳米棒不具有非对称传输效应，S形金属纳米结构的非对称传输效应弱仅为4%。但该组合结构能够产生强非对称传输效应，最高能高达16%。当右旋光入射时，出射光中16%转化为左旋光。

（2）本发明的平面金属纳米手性结构，在结构设计上引导不同偏振光的激发表面电子聚集形成不同模式路径。组成S形金属纳米结构的两个半圆环具有不同半径，在偏振光激发下可分别激发磁偶极子和电偶极子共振模式，不同的模式在不同的波段作为主导作用，进而产生较大的圆偏振转换，并且，r环上磁偶极子模式为主，形成了陷阱模式进而可激发非对称传输信号。金属纳米棒与S形金属纳米结构耦合可激发共振效果，此外，金属纳米棒可调控半圆环上激发的共振模式，通过调控选择性的诱导主要激发，进而增强非对称传输信号。

（3）本发明的平面金属纳米手性结构，通过金属纳米棒和S形金属纳米结构组合，结构间发生光学耦合效应，路径引导不同偏振光激发不同路径的模式，并且金属纳米棒可调控耦合结构上的激发模式，将其在同一波段处，在LCP的照射下形成电偶极子为主的共振模式，在RCP照射下形成磁偶极子为主的共振模式，通过物理机制的不同共振模式，进而引起不同偏振光照射下的非对称圆偏振转换，实现高效非对称传输效应。

（4）通过本发明的结构参数调整可以实现非对称传输信号大小及峰值波段进行可预测式的调控，并且可获得所需偏振态的光，即筛选出射光中的左旋偏振光、右旋偏振光、线偏振光以及椭圆偏振光，再通过其他的结构（偏振片）可以获得其中任意一种偏振态的光，并加以利用，进一步可用于设计偏振变换器、电磁、偏振旋转器等装置。

（5）本发明的结构为平面单层结构，制备上无需镀多层二氧化硅层和导电胶，并且相较于其他平面手性结构，非对称传输效应强。

（6）本发明的结构简单，在制备过程中的电子束曝光结构图形时，速度快，效率高。

附图说明

图1是本发明高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构及金纳米单元结构的结构示意图；

图2是实施例1中仅有S形金属纳米结构时不同偏振光直入射下的透射率及非对称传输的转化率曲线图；

图3是实施例1中仅有S形金属纳米结构时不同偏振光共振模式下的表面电流分布以及稳态电场分布；

图4是实施例1中将金属纳米棒和S形金属纳米结构两个单独的简单结构组合而成的平面金属纳米手性结构，对不同偏振光直入射下的透射率及实现高效直入射非对称传输的转化率曲线图；

图5是实施例1中组合后的平面金属纳米手性结构，不同偏振光共振模式下的表面电流分布以及稳态电场分布；

图6是实施例2实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构的转化率曲线图；

图7是实施例3实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构的转化率曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，为解决现有实现圆偏振光的非对称传输效应的结构复杂及效应微弱、制备效率低的技术问题，本实施例提供一种实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构，由多个结构相同的纳米单元上下、左右组合构成的手性结构；金属纳米单元包括金属纳米棒1和位于金属纳米棒1旁的同平面的S形金属纳米结构2。S形金属纳米结构设计具有手性特征。金属纳米棒1为长方体，S形金属纳米结构2是由第一弧体结构21和第二弧体结构22首尾连接而成的一体结构，第一弧体结构21和第二弧体结构22外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构21的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构22的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒1的宽度；第一弧体结构21和第二弧体结构22的厚度相等，且等于金属纳米棒1的厚度；金属纳米棒1和S形金属纳米结构2之间有间距。S形金属纳米结构的两个弧体结构的外径存在差异，可强化其手性特征，经过偏振光激发可产生不同的模式。

金属纳米棒1和S形金属纳米结构2均采用的材料为金。

金属纳米棒的宽度w = 20nm~60nm，厚度为50 nm，长度l = 160nm~200nm； S形金属纳米结构的宽度w = 20nm~60nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r = 60 nm和R = 100 nm；所述金属纳米棒与S形金属纳米结构之间在x方向的间距定义g=20nm~100nm；第一弧体结构21和第二弧体结构22的圆心角均为180~270°。

本实施例的纳米单元由金属纳米棒1和S形金属纳米结构2两个单独的结构组合，增强结构不对称性，并通过对不同偏振光的响应机制，产生不同的共振模式，调控效应强弱和所产生的共振波段。与现有的手性结构不同，现有的手性结构是手性结构与非手性结构的组合实现外在手性特征。再由纳米单元上下、左右组成高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构，结构简单。相比非手性结构的组合，激发和增强非对称传输的原理不同，通过金属纳米棒的引入，原结构的非对称传输信号从弱到强。

优选的，金属纳米棒的宽度w = 40nm，厚度为50 nm，长度为l = 180nm；S形金属纳米结构的宽度w = 40nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r = 60nm和R = 100 nm；所述金属纳米棒1与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距定义为g=60nm；第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的圆心角均为180°。

图2为LCP和RCP通过S形金属纳米阵列的透射光谱。从图2(a)和(b)可以看出，LCP和RCP的透射光谱中观察到三个明显的共振模式，这些模式分别标记为I、II和III。由于和具有不同的数值，从而导致AT效应，由于RCP的圆偏振转换效率大于LCP的圆偏振转换效率，因此AT效应的数值为负值，AT光谱如图2(c)所示。由图2(c)可以看出，AT效应的峰值出现在共振模式附近。对S形金纳米阵列在不同偏振光照下共振模式处的表面电流分布以及稳态电场分布分析，从图3(a)和(d)可以看出，在共振模式I处，r环上表面电流形成了磁偶极子共振模式，R环上表面电流形成了电偶极子共振模式，因此以电偶极子模式为主，产生了较大的圆偏振转换，形成了圆偏振转换的峰；从图3(c)和(f)可以看出，在共振模式III处，r环上表面电流形成了磁偶极子共振模式，R环上表面电流形成了电四极子共振模式，因此以电共振模式为主，形成了圆偏振转换的峰；从图3(b)和(e)可以看出，在共振模式II处，r环上表面电流形成了磁偶极子共振模式，在LCP的照射下，R环上表面电流很弱，基本可以忽略，呈电四极子共振模式的趋势；在RCP的照射下，R环上表面电流形成了较弱的磁偶极子共振模式，因此以r环上磁偶极子模式为主，因此形成了陷阱模式，导致了很小的圆偏振转换效率，形成了圆偏振转换的谷。此外，从图3中三个模式的稳态电场分布可以看出，与RCP照射下相比较，R环端口处的电场强度在LCP的照射下较强。

经过模式分析，当在S形金纳米结构的R环旁放置一个金纳米棒，在LCP的照射下，R环在与纳米棒的耦合作用下，将会增大S形金纳米阵列的非对称传输效应，并且模式II处R环上可忽略的电四极子模式，在与纳米棒的耦合作用下，将会起作用，使得模式II处的圆转换效率大大提高，由原来对应的光谱中的谷转变为峰或者靠近峰；而在RCP的照射下，模式II处仍然为陷阱模式具有很小的圆偏振转换效率，从而实现较强的AT效应，该预测和模式分析在图4和图5中给出了图示验证。

图4(a)和4(b)给出了LCP和RCP通过纳米棒与S形纳米阵列的透射光谱。由于和 具有不同的数值，并且模式II从而导致较强的AT效应，由于LCP的圆偏振转换效率大于RCP的圆偏振转换效率，因此AT效应的数值为正，AT光谱如图4(c)所示，AT效应的峰值出现在共振模式II附近。下面分析在LCP和RCP的照射下，该阵列在其共振模式处的表面电流分布以及稳态电场分布如图5所示。图5(a)、(b)和(c)分别为LCP的照射下，在共振模式I、II和III处的表面电流分布和电场分布。图5(d)、(e)和(f)分别为RCP的照射下，在共振模式I、II和III处的表面电流分布和电场分布。从图5(a)和(d)可以看出，在共振模式I处，LCP的照射下，金属结构主要以纳米棒的电偶极子共振模式为主；RCP的照射下，主要以纳米棒的电偶极子和R环电偶极子叠加的电共振模式为主，因此产生了较大的圆偏振转换，形成了圆偏振转换的峰。从图5(c)和(f)可以看出，在共振模式III处，以R环上电共振模式为主，形成了圆偏振转换的峰。从图5(b)和(e)可以看出，在共振模式II处，RCP的照射下，主要以S形纳米结构的磁共振模式为主，形成了圆偏振转换的谷；在LCP的照射下，以纳米棒的电偶极子和R环电偶极子叠加的电共振模式为主，不同模式激发使得不同偏振光下形成了透射峰和透射谷的对应，从而产生了较大非对称传输效应。

本实施例的平面金属纳米手性结构能够产生高效直入射非对称传输，通过无非对称传输的金属纳米棒的添加，使原单个S形金属纳米结构的非对称传输效应由4.5％增强至15％能够满足应用要求。此外，由上述分析的模式可看，金属纳米棒的引入激发了新的共振模式，且透射谱线出现了明显的差异，进而激发了平面金属纳米手性结构的高效直入射非对称传输。

上述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，准备基底：准备厚度为1.0mm，长宽尺寸为20.0mm*20.0mm的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，用去离子水超声15min后，用丙酮超声15min，再用酒精超声15min，之后用去离子水超声5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。

步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆厚度为270nm的PMMA光刻胶，光刻胶所用甩胶机的转速为4000rpm，时间为60 s。

步骤3，涂胶后烘干：将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在已经加热到150℃的热板上，烘烤时间为3min；热板放置在超净室内的通风处，此处尘埃颗粒少，有利于有机物的挥发，热板的温度精度为±1℃。

步骤4，电子束曝光结构图形：用图形发生器设计上述的金属纳米棒和S形金属纳米结构的图形，并用电子束曝光图形，曝光时，扫描电子显微镜曝光电压选择15KV，spot选择5.0，曝光剂量300μc/cm²(微库每平方厘米)，步距选择10nm，用电子束曝光图形，得到曝光后的基底。

步骤5，显影：常温下，将步骤4中曝光好的基底放入由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比3:1配合制成的显影液中浸泡显影，显影液从-15℃冰箱中取出在室温下立刻使用，显影时间控制在恒定时间60s；在显影时间确定下，图形的精度与曝光剂量成线性关系，60s时曝光剂量400μc/cm²(微库每平方厘米)最好。

步骤6，定影：将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡，时间不少于60s，其中定影液为异丙醇，浸泡完成后取出用氮气吹干。

步骤7，定影后烘干：将步骤6浸泡定影后的基底放置在150℃的热板上烘3min；热板放置在超净室内的通风处，此处尘埃颗粒少，有利于有机物的挥发，热板的温度精度为±1℃。

步骤8，镀金：将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金50nm，蒸镀完冷却10min～20min后再取出；真空蒸发镀膜机的真空度不大于3*10^-6torr。

步骤9，剥离PMMA光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中，时间至少为30min，溶解电子束PMMA光刻胶；因为丙酮作为有机溶剂，易挥发，有毒，需要密封浸泡。

步骤10，吹干：用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底，得到所述实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构。

上述结构的制备方法中，由于纳米结构为平面单层结构，制备上无需镀多层二氧化硅层和导电胶，且图形结构简单，采用电子束刻蚀曝光结构图形过程，用时短，速度快。

实施例2：

本发明还包括上述平面金属纳米手性结构的AT效应调控方法。本实施例基于实施例1的参数及步骤制备完成本发明的实现高效直入射非对称传输的平面金属纳米手性结构后，再进行下述的结构参数变化调控AT信号及光谱图。

如图6所示，设定结构的参数金属纳米棒的宽度w = 40nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的宽度w = 40nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r =60 nm和R = 100 nm；所述金属纳米棒1与S形金属纳米结构2之间在x方向的间距定义为g=60nm；第一弧体结构21和第二弧体结构22的圆心角均为180°。变换金属纳米棒的长度l的参数范围，l值分别为160 nm、170 nm、180 nm、190 nm、200 nm时的透射光谱。本实施例的结构制备时，用图形发生器按照上述结构设定后，用电子束曝光结构图形，其余步骤与实施例1中的制备方法相同。

从图6可以看出，本实施例的平面金属纳米手性结构能够产生高效直入射非对称传输效应，在LCP的照射下，当纳米棒的长度l增加时，模式I红移；模式II也出现微小的红移；模式III基本不移动。这是因为模式I以纳米棒的电偶极子共振模式为主，因此随着纳米棒的长度l增加而红移；模式III以R环上电共振模式为主，因此不受纳米棒的长度l的变化的影响。在RCP的照射下，当纳米棒的长度l增加时，模式I红移；模式II和模式III基本不动。这是因为模式I以纳米棒的电偶极子和R环电偶极子叠加的电共振模式为主，因此随着纳米棒的长度l增加而红移；模式II以S形纳米结构的磁共振模式为主，模式III以R环上电共振模式为主，因此不受纳米棒的长度l变化的影响。由于AT效应的峰值出现在共振模式II附近，因此随着纳米棒的长度l增加，AT光谱红移很小，峰值出现微小的红移。由上述，可通过所分析的原理模式预测变化，进行AT效应的共振波段调控。

从图3可以看出，本实施例的平面金属纳米手性结构能够产生高效直入射非对称传输效应。随着金属纳米棒长度l从160nm向200nm增加，信号由增加到减小。且信号最大时的金属纳米棒长度l=190nm，能够产生强至16%左右的非对称传输转化率，即当右旋光入射时，出射光中16%转化为左旋光，实现高的非对称传输效应。

实施例3：

与上述实施例2不同之处在于本实施例仅变化金属纳米棒与S形金属纳米结构之间的间距g的取值，其他参数取各个参数范围之内的固定值：金属纳米棒的宽度w = 40nm，长度l= 160 nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的宽度w = 40nm，厚度为50 nm；S形金属纳米结构的两个半圆环外径分别为r = 60 nm和R = 100 nm；第一弧体结构21和第二弧体结构22的圆心角均为180°。变换所述金属纳米棒与S形金属纳米结构2之间在x方向的间距定义为g的参数范围，g值分别为20 nm、40 nm、60 nm、80 nm、100 nm，本实施例的结构制备时，用图形发生器按照上述结构设定后，用电子束曝光结构图形，其余步骤与实施例1中的制备方法相同。

从图7可以看出，平面金属纳米手性结构能够产生高效直入射非对称传输效应，当间距g值分别为20 nm、40 nm、60 nm、80 nm、100 nm调整结构参数，检测到的透射信号图谱的共振波长也发生了移动，并且信号大小随着间距的增加而发生变化。在LCP的照射下，当间距g增加时，模式I蓝移；模式II也出现微小的红移；模式III基本不移动。这是因为当间距g增加时，纳米棒与S形纳米结构的耦合变弱，纳米棒上的电偶极子等效振荡距离的减小，因此模式I随着g的增加而蓝移；模式III以R环上电共振模式为主，因此基本不受间距g变化的影响。从图6-7(b)可以看出，在RCP的照射下，当g增加时，模式I蓝移；模式II和模式III基本不移动。这是因为当g增加时，纳米棒与S形纳米结构的耦合变弱，纳米棒上的电偶极子等效振荡距离的减小，因此模式I随着g的增加而蓝移；模式II以S形纳米结构的磁共振模式为主，模式III以 R环上电共振模式为主，因此不受纳米棒的长度的变化的影响。由于AT效应的峰值出现在共振模式II附近，因此随着间距g的增加，AT光谱红移很小，峰值出现微小的红移。由上述，可通过所分析的原理模式预测变化，进行AT效应的共振波段调控。

通过本发明的结构参数调整可以实现非对称传输信号大小及峰值波段进行可预测式的调控，并且可获得所需偏振态的光，即筛选出射光中的左旋偏振光、右旋偏振光、线偏振光以及椭圆偏振光，再通过其他的结构（偏振片）可以获得其中任意一种偏振态的光，并加以利用，进一步可用于设计偏振变换器、电磁、偏振旋转器等装置。

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。

Claims (8)

1.一种平面金属纳米手性结构，其特征在于：由多个结构相同的金属纳米单元上下、左右组合构成的单层手性结构；

所述金属纳米单元包括金属纳米棒（1）和位于金属纳米棒（1）旁的同平面的S形金属纳米结构（2）；

所述金属纳米棒（1）为长方体，所述S形金属纳米结构（2）是由第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）首尾连接而成的一体结构，所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）外径不同，且开口方向相反，第一弧体结构（21）的外圆半径与内圆半径之差与第二弧体结构（22）的外圆半径与内圆半径之差相等，且等于金属纳米棒（1）的宽度；所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的厚度相等，且等于金属纳米棒（1）的厚度；

所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）之间有间距；

所述金属纳米棒（1）和S形金属纳米结构（2）均采用金材料。

2.根据权利要求1所述的平面金属纳米手性结构，其特征在于：所述金属纳米棒（1）的宽度w = 20nm~60nm，厚度为50 nm，长度l = 160nm~200nm； S形金属纳米结构（2）的宽度w= 20nm~60nm，厚度为50 nm；第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）外径分别为r = 60 nm和R = 100 nm；所述金属纳米棒（1）与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距定义为g=20nm~100nm；所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的圆心角均为180~270°。

3.根据权利要求2所述的平面金属纳米手性结构，其特征在于：所述金属纳米棒（1）的宽度w = 40nm，长度为l = 180nm；所述S形金属纳米结构（2）的宽度w = 40nm；所述金属纳米棒（1）与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距定义为g= 60nm，所述第一弧体结构（21）和第二弧体结构（22）的圆心角均为180°。

4.一种权利要求1-3任一所述的平面金属纳米手性结构的制备方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

步骤1，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；

步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶；

步骤3，涂胶后烘干：将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干；

步骤4，电子束曝光结构图形：用图形发生器设计所述平面金属纳米手性结构的图形，并用电子束曝光，得到曝光后的基底；

步骤5，显影：常温下，将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影；

步骤6，定影：将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影，定影完成后将基底取出，用氮气吹干；

步骤7，定影后烘干：将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干；

步骤8，镀金：将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金，蒸镀完冷却10min～20min后再取出；

步骤9，剥离PMMA光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中，时间至少为30min，溶解电子束PMMA光刻胶；

步骤10，吹干：用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底，得到所述平面金属纳米手性结构。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1具体操作为：准备厚度为1.0mm，长宽尺寸为20.0mm*20.0mm的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，用去离子水超声15min后，用丙酮超声15min，再用酒精超声15min，之后用去离子水超声5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中光刻胶的厚度为270nm，所述甩胶机的转速为4000rpm，时间为60 s；所述步骤3和步骤7中烘干的温度均为150℃，时间为3min。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5中显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3：1配合制成，浸泡显影的时间为60s；所述步骤6中浸泡定影的时间为60s；所述步骤8中真空蒸发镀膜机的真空度不大于3*10^-6torr，蒸镀金的厚度为50nm。

8.一种AT效应的调控方法，其特征在于：通过对权利要求1或2中所述的平面金属纳米手性结构的参数进行调节，实现可预测的非对称传输频带光谱调整，对AT信号的强弱和峰值波段进行调控；所述参数为金属纳米棒（1）的长度或金属纳米棒（1）与S形金属纳米结构（2）之间在x方向的间距。