CN109283610A - 一种可以产生强圆二色性的微纳结构 - Google Patents

一种可以产生强圆二色性的微纳结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种可以产生强圆二色性的微纳结构，微纳结构由多个矩形金属单元相互连接构成，所述每个矩形金属单元中心均设有一通孔，所述通孔内还设有一金属条，所述金属条一端连接于所述矩形金属单元，所述金属条与所述矩形金属单元处于同一平面，在矩形金属单元上增加金属条，通过金属条的引导作用使得本申请实施例微纳结构对于LCP和RCP产生不同的响应，且使得对于LCP和RCP的吸收差异增大，从而使得LCP和RCP所激发的电场强度产生很大的差异，产生强的圆二色性。

Description

一种可以产生强圆二色性的微纳结构
技术领域
本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种可以产生强圆二色性的微纳结构。
背景技术
圆二色性(circular dichroism，CD)是指对右旋偏振光(以下简称RCP)和左旋偏振光(以下简称LCP)两种圆偏振光吸收程度不同的现象，这种吸收程度与波长的关系称圆二色谱，是一种测定分子不对称结构的光谱法，在分子生物学领域中主要用于测定蛋白质的立体结构，也可用来测定核酸和多糖的立体结构。
但天然分子一般无圆二色性，即使有也非常弱，目前采用的手段一般就是人为设计一些微纳金属结构，利用该人造微纳金属结构与天然分子链接来增强天然分子的圆二色信号强度。三维微纳金属结构圆二色信号比较强，但制备很复杂，对实验设备精度要求高，目前的实验条件还很难达到，更无法大批量生产制备，所以，人们大多采用平面微纳金属结构来与天然分子结合，从而增强天然分子的圆二色性，但目前现有的平面人造微纳金属结构的圆二色性还比较弱，这就给天然分子的进一步检测研究制造了困难。
发明内容
针对平面人造微纳金属结构的圆二色性比较弱的问题，本申请实施例的目的是设计一种可以产生强圆二色性的微纳结构，从而产生强的圆二色性。
为此，本申请实施例提供了一种可以产生强圆二色性的微纳结构，由多个矩形金属单元相互连接构成，所述每个矩形金属单元中心均设有一通孔，所述通孔内还设有一金属条，所述金属条一端连接于所述矩形金属单元，所述金属条与所述矩形金属单元处于同一平面。
进一步地，所述金属条另一端与所述矩形金属单元相离。
进一步地，所述金属条另一端也连接于所述矩形金属单元；所述金属条两端分别连接于所述矩形金属单元的两条对边。
进一步地，所述金属条包括第一金属条、第二金属条和第三金属条；所述第一金属条、第二金属条和第三金属条依次首尾相连；所述第一金属条和第三金属条分别与所述矩形金属单元的两条对边相连。
进一步地，所述第一金属条与所述第三金属条平行；所述第二金属条与所述第一金属条之间具有一不等于180°的夹角α。
进一步地，所述夹角α为150°。
进一步地，所述通孔形状为矩形、圆形或者椭圆形。
进一步地，所述第一金属条与所述第二金属条形状与尺寸均相同。
进一步地，所述金属条与矩形金属单元均由贵金属材料制成。
本发明的有益效果：本申请实施例提供了一种可以产生强圆二色性的微纳结构，微纳结构由多个矩形金属单元相互连接构成，矩形金属单元中心设有一通孔，所述通孔内还设有一金属条，所述金属条一端连接于所述矩形金属单元，所述金属条与所述矩形金属单元处于同一平面。通过金属条的引导，将矩形金属单元上的电流引导至金属条，在LCP的照射下本申请实施例微纳结构产生的电流非常弱，且基本聚集在金属条的两端，形成电偶极子，弱的电流使得矩形金属单元上的耗散也减小，从而使得本申请实施例微纳结构对于LCP的吸收基本接近于零。在RCP的照射下，电流集中在整个金属条，形成电偶极子，矩形金属单元的外围形成磁偶极子，电偶极子和磁偶极子相互作用，加剧耗散，从而增强吸收。本申请实施例微纳结构对于LCP和RCP的吸收产生巨大的差异，从而产生强的圆二色性。
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是本申请实施例1微纳结构示意图；
图2是本申请实施例2微纳结构示意图；
图3是本申请实施例1微纳结构的电流分布图；
图4是本申请实施例2微纳结构的电流分布图；
图5是本申请实施例1微纳结构的吸收光谱图；
图6是本申请实施例2微纳结构的吸收光谱图；
图7是本申请实施例1微纳结构的CD光谱图；
图8是本申请实施例2微纳结构的CD光谱图；
图中：1、矩形金属单元；2、金属条；21、第一金属条；22、第二金属条；23、第三金属条；3、通孔。
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：
为解决目前平面微纳结构圆二色性弱的问题，本实施例公开了一种可以产生强圆二色性的微纳结构，由多个矩形金属单元1相互连接构成，如图1和图2所示，矩形金属单元1中心设有一通孔3，通孔3内还设有一金属条2，金属条2一端连接于矩形金属单元1，金属条2与矩形金属单元1处于同一平面，通孔3形状为矩形、圆形或者椭圆形。
具体而言：
如图1所示，本实施例金属条2另一端与矩形金属单元1相离，通孔3形状优选为矩形，贵金属材料优选为金。
在入射光的激励下，本实施例矩形金属单元1表面的自由电子产生剧烈的振荡，并且产生特定的环流模式，通过金属条2的引导，将矩形金属单元1上的电流引导至金属条2顶端，在LCP的照射下，本实施例微纳结构产生的电流很弱，且耗散面积小，基本聚集在金属条2的两端，使得左旋偏振光照射时，金属条2上的电流由内及外流动，形成电偶极子，弱的电流使得矩形金属单元1上的耗散也减小，从而使得LCP的吸收基本接近于零。在RCP的照射下，本实施例微纳结构产生的电流主要集中在整个金属条2上，形成电偶极子，矩形金属单元1的外围形成磁偶极子，电偶极子和磁偶极子相互作用，加剧耗散，从而增强吸收。在LCP和RCP的照射下，本实施例微纳结构对于LCP和RCP的吸收差异增大，从而使得LCP和RCP所激发的电场强度产生很大的差异，从而产生强的圆二色性。
如图3所示，为本实施例微纳结构两个CD模式的电流分布图，其中，图3(a)是波长λ＝700nm模式的LCP照射本实施例微纳结构的电流分布图，图3(b)是波长λ＝700nm模式的RCP照射本实施例微纳结构的电流分布图，图3(c)是波长λ＝1620nm模式的LCP照射本实施例微纳结构的电流分布图，图3(d)是波长λ＝1620nm模式的RCP照射本实施例微纳结构的电流分布图。从图3(a)-(d)中我们可以清楚的看到，金属矩形单元上的电流很弱，且未形成环流，金属条2上的电流流向金属条2自由端，同时在金属矩形单元与金属条2之间相连的地方形成环流，相当于形成一个磁偶极子，方向垂直金属矩形单元所在平面，金属条2为竖直矩形条，电流方向一致流向金属条2的自由端，形成一个电偶极子，形成的电偶极子与磁偶极子在空间上产生较大的位置差异，故而形成了强的圆二色信号。
如图5所示为本实施例微纳结构的吸收光谱图，其中，其中A+表示本实施例微纳结构对于右旋偏振光的吸收率，A-表示本实施例微纳结构对于左旋偏振光的吸收率。图7为本实施例微纳结构的圆二色性光谱图。从图5和图7中可以清楚的看到，在0～2200nm波段可以产生两个CD模式，分别为：波长λ＝700nm，A-＝29.09％，A+＝10.48％，CD＝18.61％；波长λ＝1620nm，A-＝33.55％，A+＝16.49％，CD＝17.05％。
此外，电场主要集中在金属条2上，产生电场局域增强，可以用于拉曼散射的增强，也可用于在催化反应中的定点靶向催化。
实施例2：
基于实施例1公开的一种微纳结构，本实施例与实施例1不同的是：
如图2所示，金属条2另一端也连接于矩形金属单元1，金属条2两端分别连接于矩形金属单元1的两条对边。金属条2包括第一金属条21、第二金属条22和第三金属条23，第一金属条21、第二金属条22和第三金属条23依次首尾相连，第一金属条21和第三金属条23分别与矩形金属单元1的两条对边相连。第一金属条21与第二金属条22形状与尺寸均相同。金属条2与矩形金属单元1均由贵金属材料制成。第一金属条21与第三金属条23平行，第二金属条22与第一金属条21之间具有一不等于180°的夹角α。
具体而言：夹角α优选为150°，通孔3形状优选为矩形，贵金属材料优选为金。
如图4所示，为本实施例微纳结构两个CD模式的电流分布图，其中，图4(a)是波长λ＝720nm模式的LCP照射本实施例微纳结构的电流分布图，图4(b)是波长λ＝720nm模式的RCP照射本实施例微纳结构的电流分布图。从图4(a)和4(b)中我们可以清楚的看到，在LCP的照射下本实施例微纳结构产生的电流特别小，且基本集中在金属条2的两端，形成电偶极子，电流小耗散也很小，所以吸收也基本接近于零。在RCP的照射下，电流分布在金属条2的每一个部分，也就是第一金属条21、第二金属条22和第三金属条23，在金属条2上形成电偶极子，在金属矩形单元的外围形成磁偶极子，电偶极子和磁偶极子相互作用，导致了耗散的加剧，从而增强对于RCP的吸收。在LCP和RCP的照射下，本实施例微纳结构对于LCP和RCP的吸收差异增大，从而使得LCP和RCP所激发的电场强度产生很大的差异，从而产生强的圆二色性。
如图6所示为本实施例微纳结构的吸收光谱图，其中，其中A+表示本实施例微纳结构对于右旋偏振光的吸收率，A-表示本实施例微纳结构对于左旋偏振光的吸收率。图8为本实施例微纳结构的圆二色性光谱图，从图6和图8中可以清楚的看到，在0～2200nm波段可以产生一个CD模式，为：波长λ＝720nm，A-＝11.37％，A+＝44.55％，CD＝-33.18％。
本申请实施例微纳结构通过设计矩形金属单元1，对入射光进行响应，在矩形金属单元1上增加金属条2，通过金属条2的引导作用使得本申请实施例微纳结构对于LCP和RCP产生不同的响应，且使得对于LCP和RCP的吸收差异增大，从而使得LCP和RCP所激发的电场强度产生很大的差异，产生强的圆二色性。
此外，如图6所示，本实施微纳结构对于LCP和RCP的吸收的对比度＝(A+-A-)/(A++A-)＝(44.55％-11.37％)/(44.55％+11.37％)＝59.33％。由此可见，本实施例微纳结构对于LCP和RCP信号的对比度大，吸收率差异大，分辨率高，可辨识度高，抗噪能力强。
本实施例微纳结构的强电场主要集中在金属条2上，而本实施为微纳结构，金属条2由于强电场的存在，很容易受热熔断。而本实施例微纳结构由多个矩形金属单元1相互连接构成，金属单元1由贵金属材料制成，金属散热系数高，很容易将金属条2产生的热导出，从而保护本实施例微纳结构的完整性，延长结构使用寿命。
本申请实施例微纳结构通孔3可以为任意形状，金属条2可以设置在通孔中任意不为该通孔3对称轴的位置即可。
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 (9)

1.一种可以产生强圆二色性的微纳结构，由多个矩形金属单元相互连接构成，其特征在于，所述每个矩形金属单元中心均设有一通孔，所述通孔内还设有一金属条，所述金属条一端连接于所述矩形金属单元，所述金属条与所述矩形金属单元处于同一平面。
2.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于，所述金属条另一端与所述矩形金属单元相离。
3.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于，所述金属条另一端也连接于所述矩形金属单元；所述金属条两端分别连接于所述矩形金属单元的两条对边。
4.根据权利要求3所述的微纳结构，其特征在于，所述金属条包括第一金属条、第二金属条和第三金属条；所述第一金属条、第二金属条和第三金属条依次首尾相连；所述第一金属条和第三金属条分别与所述矩形金属单元的两条对边相连。
5.根据权利要求4所述的微纳结构，其特征在于，所述第一金属条与所述第三金属条平行；所述第二金属条与所述第一金属条之间具有一不等于180°的夹角α。
6.根据权利要求5所述的微纳结构，其特征在于，所述夹角α为150°。
7.根据权利要求1所述的微纳结构，其特征在于，所述通孔形状为矩形、圆形或者椭圆形。
8.根据权利要求4所述的微纳结构，其特征在于，所述第一金属条与所述第二金属条形状与尺寸均相同。
9.根据权利要求1或2所述微纳结构，其特征在于，所述金属条与矩形金属单元均由贵金属材料制成。
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