CN108761620B - 一种手性金属纳米薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手性金属纳米薄膜，包括金属膜以及开设在金属膜上的半圆环型缝和一字型缝，其中，所述金属膜为矩形形状，所述一字型缝的长度方向平行于所述金属膜的第一侧边，所述一字型缝的宽度方向平行于所述金属膜的与第一侧边相邻的第二侧边；所述半圆环型缝的第一端和第二端均平行于所述第一侧边；所述半圆环型缝的中部朝向所述第一侧边凸出。本发明的手性金属纳米薄膜通过在薄膜结构上添加一字型缝结构，使得圆二色性得到很大的增强，本发明的手性金属纳米薄膜结构简单，可以采用铜代替金或银进行制备，降低了手性材料的制备成本。
Description
技术领域
本发明属于金属纳米材料技术领域，具体涉及一种手性金属纳米薄膜。
背景技术
手性是指结构不能与其镜像重合的性质，在多种学科中都有重要的意义。如果某物体与其镜像不同，则被称为“手性的”，且其镜像不能与原物体重合，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。
圆二色性(Circular Dichroism，CD)是研究手性化合物一个十分重要的手段。在手性分子非对称性的研究中，当左旋圆偏振光和右旋圆偏振光入射时，手性材料会呈现出不同的有效折射率且传播速度也不同。当超材料有极强的手性时，甚至会呈现出负折射率，负折射率材料也被称为手性超材料。利用负折射率材料可以对物体进行隐身，实现突破衍射极限的亚波长分辨率成像等等。这对于物理学、工程学、光学和材料学等领域的研究有可能产生重大的影响。因此对于手性结构的研究成为了电磁学和光学领域最前沿的研究课题。
现有技术对手性金属纳米结构研究中，通过设计二维的金属薄膜手性结构已经可以实现对光束偏振特性的调制或者用来检测手性物质的圆二色谱，但是当被检测信号本身比较微弱时，得到的圆二色谱信号不明显，使得检测效果不太好。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种手性金属纳米薄膜。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种手性金属纳米薄膜，包括金属膜以及开设在所述金属膜上的半圆环型缝和一字型缝，其中，
所述金属膜为矩形形状，所述一字型缝的长度方向平行于所述金属膜的第一侧边，所述一字型缝的宽度方向平行于所述金属膜的与所述第一侧边相邻的第二侧边；
所述半圆环型缝的第一端和第二端均平行于所述第一侧边；所述半圆环型缝的中部朝向所述第一侧边凸出。
在本发明的一个实施例中，所述第一侧边的长度范围为400nm-1000nm，所述第二侧边的长度范围为400nm-1000nm。
在本发明的一个实施例中，所述一字型缝的下表面与所述半圆环型缝的最下端平齐。
在本发明的一个实施例中，所述半圆环型缝的内圆半径范围是80nm-120nm，外圆半径范围是120nm-160nm；所述半圆环型缝的宽度是30nm-50nm。
在本发明的一个实施例中，所述一字型缝的长度范围是100nm-300nm；所述一字型缝的宽度范围是30nm-50nm。
在本发明的一个实施例中，所述一字型缝靠近所述半圆环型缝的一端与所述半圆环型缝的最下端的距离范围是100nm-250nm。
在本发明的一个实施例中，所述金属膜由金、银、铜或铝制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供了一种具有一字型缝的手性金属纳米薄膜，通过在该手性金属纳米薄膜上添加一字型缝结构，使得圆二色性得到很大的增强。
2、本发明的手性金属纳米薄膜结构简单，同时可以采用金属材料铜代替金或银，降低了该手性金属纳米薄膜的制备成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种手性金属纳米薄膜的示意图；
图2是本发明实施例的手性金属纳米薄膜产生圆二色性的原理图；
图3是现有技术不包括一字型缝的手性金属纳米薄膜的示意图；
图4是无一字型缝的手性金属纳米薄膜和有一字型缝的手性金属纳米薄膜的CD谱对比图。
附图标记如下：
1-金属膜；11-第一侧边；12-第二侧边；2-半圆环型缝；21-第一端；22-第二端；3-一字型缝。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明内容做进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种手性金属纳米薄膜的示意图。本实施例的手性金属纳米薄膜包括金属膜1以及开设在金属膜1上的半圆环型缝2和一字型缝3，其中，金属膜1为矩形形状，一字型缝3的长度方向平行于金属膜1的第一侧边11，一字型缝3的宽度方向平行于金属膜1的与第一侧边11相邻的第二侧边12；半圆环型缝2的第一端21和第二端22均平行于第一侧边11；半圆环型缝2的中部朝向第一侧边11凸出。
进一步地，金属膜1的第一侧边11的长度d1在400nm-1000nm的范围内；金属膜1的第二侧边12的长度d2在400nm-1000nm的范围内。金属膜1的厚度范围为20nm-100nm。金属膜1的材料采用良导体，如金、银、铜、铝等金属。
进一步地，半圆环型缝2的内圆半径r的范围为80nm-120nm，外圆半径R的范围为120nm-160nm，其中，内圆与外圆之间的距离w，即半圆环型缝2的宽度为30nm-50nm。
一字型缝3的长度l的范围是100nm-300nm，并且，一字型缝3与半圆环型缝2具有相同的宽度w，大小范围为30nm-50nm。
进一步地，一字型缝3靠近半圆环型缝2的一端与半圆环型缝2的最下端的距离D的范围是100nm-250nm。
本实施例提供了一种具有一字型缝的手性金属纳米薄膜，通过在该薄膜结构上添加一个一字型缝结构，使得圆二色性得到很大的增强。
实施例二
在本实施例中，金属膜1优选地采用金材料，第一侧边11和第二侧边12的长度相等，均为500nm；金属膜1的厚度为30nm；半圆环型缝2的内圆半径为r＝100nm，外圆半径为R＝140nm，宽度为w＝40nm；一字型缝3的长度为l＝180nm，宽度为w＝40nm；一字型缝3靠近半圆环型缝2的一端与半圆环型缝2的最下端的距离D是150nm。
此外，在其他实施例中，金属膜1可以采用铜金属代替金进行制备，从而能够降低该手性金属纳米的制备成本。
请参见图2，图2是本发明实施例的手性金属纳米薄膜产生圆二色性的原理图。当一束左旋偏振光(left circularly polarized，LCP)从该手性金属纳米薄膜正面入射时，经过该手性金属纳米薄膜后，接收到的左旋偏振光的透射率为T--，当一束右旋偏振光(right circularly polarized，RCP)从该手性金属纳米薄膜正面入射，经过该手性金属纳米薄膜后，接收到的右旋偏振光的透射率为T++，其中下标“--”表示为左旋偏振光，“++”表示为右旋偏振光，则该手性金属纳米薄膜的圆二色性可以表示为：
CD＝T++-T--，
由于左旋偏振光和右旋偏振光经过手性金属纳米薄膜后的透射率是不相同的，即T++≠T--，因此，CD的大小代表了手性金属纳米薄膜的圆二色性的强弱。
请参见图3，图3是现有技术不包括一字型缝的手性金属纳米薄膜的示意图。所述手性金属纳米薄膜仅包括半圆环型缝，不包括一字型缝。在本实施例中，为了便于对圆二色性的强弱进行对比，现有技术手性金属纳米薄膜的整体结构参数以及半圆环型缝的结构参数均与本发明实施例的手性金属纳米薄膜相同。具体地，现有技术手性金属纳米薄膜的金属膜也采用金材料制备，第一侧边和第二侧边长度相等，均为500nm；金属膜的厚度为30nm；半圆环型缝的内圆半径为r＝100nm，外圆半径为R＝140nm，宽度为w＝40nm。
请参见图4，图4是无一字型缝的手性金属纳米薄膜和有一字型缝的手性金属纳米薄膜的CD谱对比图。在测试CD谱时，圆偏振光位于z-x平面内，使得左右旋光均沿着x方向以及z负方向以45°角倾斜入射到现有技术和本发明实施例的手性金属纳米薄膜上。如图4所示，对于没有一字型缝的现有技术手性金属纳米薄膜，在波长λ＝740nm、λ＝920nm、λ＝1340nm处，CD依次为5.5％、1.4％、13.3％。而对于本实施例的包括一字型缝的手性金属纳米薄膜，在波长λ＝740nm、λ＝840nm、λ＝890nm、λ＝910nm、λ＝1360nm处，CD依次为6.3％、1.9％、11％、1.6％、12.5％。可以看出，本实施例的包括一字型缝的手性金属纳米薄膜由于添加了一字型缝，在金属薄膜上的电偶极子和磁偶极子的共同作用下，CD信号较现有技术的手性金属纳米薄膜均得到了显著增强，其原因是一字型缝的添加改变了原有金属薄膜上的电流流向，在一字型缝处出现了磁偶极子。
本实施例引入光的斜入射制备了一种具有一字型缝的手性金属纳米薄膜，通过在该薄膜结构上添加一个一字型缝结构，使得圆二色性得到很大的增强，本实施例的手性金属纳米薄膜结构简单，同时可以采用金属材料铜代替金或银，降低手性材料的制备成本。
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 (7)
1.一种手性金属纳米薄膜，其特征在于，包括金属膜(1)以及开设在所述金属膜(1)上的半圆环型缝(2)和一字型缝(3)，其中，
所述金属膜(1)为矩形形状，所述一字型缝(3)的长度方向平行于所述金属膜(1)的第一侧边(11)，所述一字型缝(3)的宽度方向平行于所述金属膜(1)的与所述第一侧边(11)相邻的第二侧边(12)；
所述半圆环型缝(2)的第一端(21)和第二端(22)均平行于所述第一侧边(11)；所述半圆环型缝(2)的中部朝向所述第一侧边(11)凸出；其中，
所述金属膜(1)的厚度范围为20nm-100nm。
2.根据权利要求1所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述第一侧边(11)的长度范围为400nm-1000nm，所述第二侧边(12)的长度范围为400nm-1000nm。
3.根据权利要求1所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述一字型缝(3)的下表面与所述半圆环型缝(2)的最下端平齐。
4.根据权利要求1所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述半圆环型缝(2)的内圆半径范围是80nm-120nm，外圆半径范围是120nm-160nm；所述半圆环型缝(2)的宽度是30nm-50nm。
5.根据权利要求4所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述一字型缝(3)的长度范围是100nm-300nm；所述一字型缝(3)的宽度范围是30nm-50nm。
6.根据权利要求5所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述一字型缝(3)靠近所述半圆环型缝(2)的一端与所述半圆环型缝(2)的最下端的距离范围是100nm-250nm。
7.根据权利要求6所述的手性金属纳米薄膜，其特征在于，所述金属膜(1)由金、银、铜或铝制成。
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