CN109521509B - 一种可产生圆二色信号的平面微纳结构 - Google Patents

一种可产生圆二色信号的平面微纳结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，两个单元结构在入射光的激励下产生激发电场，通过在两单元结构之间设置连接条，将两单元结构上的电流引导通过窄的连接条，改变该局域电场上的电流密度。当左旋偏振光照射时，连接条上的电流密度小，对于入射光的吸收耗散小；当右旋偏振光照射时，连接条上的电流密度大，对于入射光的吸收耗散大，本申请实施例平面微纳结构对于入射光的吸收产生大的差异，从而产生强的圆二色信号。

Description

一种可产生圆二色信号的平面微纳结构
技术领域
本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种可产生圆二色信号的平面微纳结构。
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。平面微纳结构制备方便，便于操作，受到广泛的应用，但平面微纳结构的CD信号还比较弱，一般为10％左右。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例的目的是设计一种可产生圆二色信号的平面微纳结构。
为此，本申请实施例提供了一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，包括由贵金属材料制成的两个单元结构和连接条；所述两个单元结构分别连接于所述连接条两端；所述两个单元结构沿所述连接条中点中心对称；所述单元结构包括：第一矩形条、第二矩形条和梯形条；所述第二矩形条一端垂直连接于所述第一矩形条的一端；所述第二矩形条的另一端连接于所述梯形条的上底；所述连接条两端分别连接于所述两个单元结构梯形条的下底；所述连接条的宽度小于梯形条上底的宽度。
进一步地，所述连接条包括第一连接条和第二连接条。
进一步地，所述第一连接条和第二连接条平行设置于所述两个梯形条下底之间。
进一步地，还包括由金属材料制成的第三矩形条，所述第三矩形条连接于所述连接条上。
进一步地，所述第三矩形条与所述连接条交叉设置。
进一步地，所述连接条外层包覆有一层二氧化钒。
进一步地，所述二氧化钒的厚度为所述梯形条下底宽度与所述连接条宽度之差。
进一步地，所述连接条与梯形条连接处设有固定块。
本发明的有益效果：本申请实施例微纳结构本申请实施例通过提供一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，两个单元结构在入射光的激励下产生激发电场，通过在两单元结构之间设置连接条，将两单元结构上的电流引导通过窄的连接条，改变该局域电场上的电流密度。当左旋偏振光照射时，连接条上的电流密度小，对于入射光的吸收耗散小；当右旋偏振光照射时，连接条上的电流密度大，对于入射光的吸收耗散大，本申请实施例平面微纳结构对于入射光的吸收产生大的差异，从而产生强的圆二色信号。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平面微纳结构示意图；
图2是本申请实施例1平面微纳结构的电流分布图；
图3是本申请实施例1平面微纳结构的吸收光谱图；
图4是本申请实施例1平面微纳结构的CD光谱图；
图5是本申请实施例2平面微纳结构示意图；
图6是本申请实施例2平面微纳结构的电流分布图；
图7是本申请实施例2平面微纳结构的吸收光谱图；
图8是本申请实施例2平面微纳结构的CD光谱图；
图9是本申请实施例3平面微纳结构示意图；
图10是本申请实施例3平面微纳结构的电流分布图；
图11是本申请实施例3平面微纳结构的吸收光谱图；
图12是本申请实施例3平面微纳结构的CD光谱图。
图中：1、单元结构；11、第一矩形条；12、第二矩形条；13、梯形条；2、连接条。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，两个单元结构在入射光的激励下产生激发电场，通过在两单元结构之间设置连接条，将两单元结构上的电流引导通过窄的连接条，改变该局域电场上的电流密度。当左旋偏振光照射时，连接条上的电流密度小，对于入射光的吸收耗散小；当右旋偏振光照射时，连接条上的电流密度大，对于入射光的吸收耗散大，本申请实施例平面微纳结构对于入射光的吸收产生大的差异，从而产生强的圆二色信号。
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：
为解决目前平面结构的圆二色性弱的问题，本实施例提供了一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，如图1所示，包括由贵金属材料制成的两个单元结构1和连接条2，两个单元结构1分别连接于连接条2两端，两个单元结构1沿连接条2中点中心对称，单元结构1包括：第一矩形条11、第二矩形条12和梯形条13，第二矩形条12一端垂直连接于第一矩形条11的一端，第二矩形条12的另一端连接于梯形条13的上底，连接条2两端分别连接于两个单元结构1梯形条13的下底，连接条2的宽度小于梯形条13上底的宽度。
具体而言，本实施例连接条2与两个单元结构1互相垂直。两个单元结构1作为响应部分，在入射光的激励下其表面产生激发电场，激发电场均匀分布于两个单元结构1的表面，强度较弱。在两单元结构1之间设置连接条2后，金属连接条2将两单元结构1上的电流引导至窄的连接条2，改变了单元结构1原有的电流分布模式。此外，连接条2的宽度影响着本实施例平面微纳结构局域电场上的电流密度。
本实施例平面微纳结构的连接条2宽度小于梯形条13上底的宽度，第一矩形条11、第二矩形条12和梯形条13上的电流方向首尾连通，当左旋偏振光照射时，连接条2上的电流密度小，整个平面微纳结构对于入射光的吸收耗散小；当右旋偏振光照射时，连接条2上的电流密度大，整个平面微纳结构，尤其是连接条2部分对于入射光的吸收耗散大，本申请实施例平面微纳结构对于入射光的吸收产生大的差异，从而产生强的圆二色信号。
如图2所示为本实施例平面微纳结构电流分布，图2(a)是波长λ＝800nm模式的左旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图，图2(b)是波长λ＝800nm模式的右旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图。从图2(a)和图2(b)我们可以清楚的看出，在800nm处，对于左旋偏振光，整个连接条2上的耗散都很弱，电流耗散主要为均匀分布在两个金属单元上；对于右旋偏振光，耗散主要分布在连接条2上，强的电流也分布在连接条2上，连接条2限制两个单元结构1之间的流通电流，从图4我们可以清楚的看出，在800nm处产生一个明显的CD模式，达到了-21.81％，具有很强的圆二色性。
如图3本实施例平面微纳结构的吸收光谱图所示，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4为本实施例微纳结构的圆二色性光谱图，从图3和图4中可以清楚的看到，在0～2200nm波段可以产生一个很强的CD模式：波长λ＝800nm，A-＝27.00％，A+＝48.81％，CD＝-21.81％。
实施例2：
本实施例公开了一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，与实施例1不同的是，如图5本实施例连接条2与所述两个单元结构1之间不垂直。
如图6所示为本实施例平面微纳结构电流分布，图6(a)是波长λ＝800nm模式的左旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图，图6(b)是波长λ＝800nm模式的右旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图。从图6(a)和图6(b)我们可以清楚的看出，在800nm处，对于左旋偏振光，整个连接条2上的耗散都很弱，电流耗散主要为均匀分布在两个金属单元上；对于右旋偏振光，耗散主要分布在连接条2上，强的电流也分布在连接条2上，连接条2限制两个单元结构1之间的流通电流，从图8我们可以清楚的看出，在800nm处产生一个明显的CD模式，达到了-19.72％，具有很强的圆二色性。
如图7本实施例平面微纳结构的吸收光谱图所示，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7和图8中可以清楚的看到，在0～2200nm波段可以产生一个很强的CD模式：波长λ＝800nm，A-＝25.22％，A+＝44.93％，CD＝-19.72％。
本实施例与实施例1所产生的吸收耗散模式相同，所产生的圆二色信号强度基本相同，也能达到相同的效果。但结构和制备过程简化，连接条2设置在两个单元结构1的任何位置均可，不用精确的去校准连接条2的位置，可以达到同样的效果但同时可以很大程度上降低制备难度，易于制备和推广生产。
实施例3：
本实施例公开了一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，与实施例1不同的是，如图9所示，本实施例平面微纳结构的连接条2宽度等于所述梯形条13下底的宽度。
如图10所示为本实施例平面微纳结构电流分布，图10(a)是波长λ＝700nm模式的左旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图，图10(b)是波长λ＝700nm模式的右旋偏振光照射本实施例平面微纳结构的电流分布图。从图10(a)和图10(b)我们可以清楚的看出，在700nm处，对于左旋偏振光，整个连接条2上的耗散都很弱，电流耗散主要为均匀分布在两个金属单元上；对于右旋偏振光，耗散主要分布在连接条2上，强的电流也分布在连接条2上，连接条2限制两个单元结构1之间的流通电流，从图12我们可以清楚的看出，在700nm处产生一个明显的CD模式，达到了9.55％，产生一个正的圆二色信号。
如图11本实施例平面微纳结构的吸收光谱图所示，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12为本实施例微纳结构的圆二色性光谱图，从图11和图12中可以清楚的看到，在0～2200nm波段可以产生一个很强的CD模式：波长λ＝700nm，A-＝34.19％，A+＝24.64％，CD＝9.55％。
本实施例所产生的电流分布，如图10(a)和图10(b)所示，强电流主要分布在两个单元结构1上，连接条2的电流方向与之前相同，均向上流动，左旋偏振光照射时，第一矩形条11上的电流方向向右，第二矩形条12上的电流方向指向梯形条13；右旋偏振光照射时，第一矩形条11和第二矩形条12上的电流方向均指向第一矩形条11和第二矩形条12的连接处。使得左旋偏振光照射时，吸收更强，左旋偏振光照射时产生弱的电流，耗散减小，从而导致产生正的圆二色信号。
通过连接条2的宽度可以可控的调节圆二色符号的正负，从而实现本实施例平面微纳结构圆二色信号符号的反转。
此外，在实施例1的基础上，在连接条2外层包覆有一层二氧化钒，二氧化钒的厚度为梯形条13下底宽度与连接条2宽度之差，同样也可以实现本实施例实现圆二色信号符号反转的目的。
具体而言：外层的二氧化钒是一种相变材料，高于68℃为导体，低于68℃为介质。当外层二氧化钒为金属状态时，连接条2的物理宽度为本实施例所公开的宽度，连接条2的宽度等于所述梯形条13下底的宽度；当外层二氧化钒为介质状态时，连接条2的物理宽度为实施例1的宽度，连接条2的宽度小于梯形条13上底的宽度，从而使得连接条2通过外界的温度改变二氧化层的性质，从而达到调节圆二色信号符号的目的。
实施例4：
本实施例连接条2包括第一连接条2和第二连接条2，第一连接条2和第二连接条2平行设置于所述两个梯形条13下底之间。
具体而言：连接条2越窄，产生的圆二色信号越强，故而将实施例1中的连接条2分为第一连接条2和第二连接条2，平行设置于所述两个梯形条13下底之间。由于同向电流的相互排斥作用，第一连接条2和第二连接条2的实际物理宽度总和小于实际几何宽度，在增强结构稳定性的同时，进一步减小连接条2的实际物理宽度，从而增强本实施例平面微纳结构的圆二色信号。
为了本实施例平面微纳结构的稳定性，连接条2与梯形条13连接处还设有一固定块。此外，所述连接条2还包括由金属材料制成的第三矩形条，第三矩形条连接于连接条2上，第三矩形条与连接条2交叉设置，强电流主要分布于连接条2上，所以在连接条2上设置第三矩形条以提高本实施例平面微纳结构的散热效率。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 (6)

1.一种可产生圆二色信号的平面微纳结构，其特征在于，包括由贵金属材料制成的两个单元结构和连接条；所述两个单元结构分别连接于所述连接条两端；所述两个单元结构沿所述连接条中点中心对称；
所述单元结构包括：第一矩形条、第二矩形条和梯形条；所述第二矩形条一端垂直连接于所述第一矩形条的一端；所述第二矩形条的另一端连接于所述梯形条的上底；
所述连接条两端分别连接于所述两个单元结构梯形条的下底；所述连接条的宽度小于梯形条上底的宽度。
2.根据权利要求1所述的平面微纳结构，其特征在于，所述连接条包括第一连接条和第二连接条；所述第一连接条和第二连接条平行设置于所述两个梯形条下底之间。
3.根据权利要求1所述的平面微纳结构，其特征在于，还包括由金属材料制成的第三矩形条，所述第三矩形条连接于所述连接条上；所述第三矩形条与所述连接条交叉设置。
4.根据权利要求1所述的平面微纳结构，其特征在于，所述连接条外层包覆有一层二氧化钒。
5.根据权利要求4所述的平面微纳结构，其特征在于，所述二氧化钒的厚度为所述梯形条下底宽度与所述连接条宽度之差。
6.根据权利要求1所述的平面微纳结构，其特征在于，所述连接条与梯形条连接处设有固定块。
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