一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构

摘要

一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构，采用金属‑绝缘体‑金属(MIM)型纳米棒聚合结构，上层金属为边对边排列的金纳米棒二聚体；下层金属为金纳米棒；两层纳米棒之间为二氧化硅绝缘层；从而构成了可实现宽带等离激元诱导透明窗口的MIM型纳米棒聚合结构。本发明的有益效果是：本发明所提出的金属‑绝缘体‑金属型纳米棒聚合结构，可在可见光与近红外波段实现宽带的等离激元诱导透明窗口，这一特性可应用于光开关、慢光装置等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及等离激元诱导透明，特别是一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构。

背景技术

光场可激发金属纳米结构的局域表面等离激元共振现象(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)，通过合理设计微纳结构，可以在微纳尺寸实现对光信号在的操控。各个等离激元振荡模式的杂化可以实现对光波共振频率的调节，从而可应用于生物传感、波导、增强拉曼散射等众多光电子器件。其中，等离激元诱导透明(Plasmon-induced Transparency,PIT)类似于原子系统中的电磁感应透明(Electromagnetic-induced Transparency,EIT)现象，已经通过金属纳米结构实现。PIT是通过激发光、暗态磁表面等离激元(Magnetic surface plasmon,MSP)分别与明态局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon,LSP)之间的耦合产生的。这两个跃迁路径间具有量子干涉相消效应，从而使得金属纳米结构表现出零吸收现象。这一物理现象可在光开关、慢光装置等诸多方面有重要作用。

目前，诸多可实现等离激元诱导透明现象的金属纳米结构已被报道。以纳米柱、纳米棒聚合结构为代表，比如纳米棒二聚体(公开号：CN104061997A)、纳米棒三聚体(公开号：CN104634437A)等，均可在可见光与近红外波段实现等离激元诱导透明窗口。但大多纳米结构的等离激元诱导透明窗口具有窄带特性。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构，可在可见光与近红外波段实现宽带的等离激元诱导透明窗口，这一特性可应用于光开关、慢光装置等领域。

本发明的技术方案：

一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构，采用金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)型纳米棒聚合结构，上层金属为边对边排列的金纳米棒二聚体；下层金属为金纳米棒；两层纳米棒之间为二氧化硅绝缘层；从而构成了可实现宽带等离激元诱导透明窗口的MIM型纳米棒聚合结构。

所述上层金属的金纳米棒二聚体中，纳米棒的长度为240nm、宽度均为60nm、厚度为20nm，两个纳米棒间隔为10nm；下层金纳米棒的长度为240nm、宽度为130nm、厚度为20nm；二氧化硅绝缘层的长度为240nm、宽度为130nm、厚度为10nm。

本发明的工作机理：

通过纳米棒间形成的多个电流环，得到多个磁表面等离激元暗态模式(MSPs)，且各个MSPs具有接近的共振波长。激发光、各个MSPs分别与明态局域表面等离激元(LSP)之间的耦合并干涉抵消，从而在可见光与近红外波段内实现宽带的等离激元诱导透明窗口。

本发明的有益效果是：

本发明所提出的金属-绝缘体-金属型纳米棒聚合结构，可在可见光与近红外波段实现宽带的等离激元诱导透明窗口。这一特性可应用于光开关、慢光装置等领域。

附图说明

图1为纳米棒聚合结构示意图。

图2为yz平面纳米棒聚合结构示意图。

图3为纳米棒聚合结构的消光谱。

图中：1.上层金属 2.下层金属 3.二氧化硅绝缘层。

具体实施方式

实施例：

一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构，如图1、2所示，上层金属1为边对边排列的金纳米棒二聚体，纳米棒的长度均为240nm、宽度均为60nm、厚度为20nm、两个纳米棒间隔为10nm；下层金属2为金纳米棒，纳米棒的长度为240nm、宽度为130nm、厚度为20nm；两层纳米棒之间为二氧化硅绝缘层3，长度为240nm、宽度为130nm、厚度为10nm。

实际制备过程中，考虑其可操作性，可利用二氧化硅透明介质为基底，纳米棒聚合结构在基底上呈现平面上的周期性排列。

入射光垂直照射至MIM型纳米棒聚合结构上，电场方向分布平行于纳米棒的短轴。

图3为纳米棒聚合结构的消光谱。图中显示：在700nm-830nm波段中，纳米棒结构的消光在5％以下，即透射率达95％以上。这与通常的等离激元诱导透明窗口相比，具有明显的宽带性。

对700nm-830nm波段纳米棒聚合结构的电磁场、电荷分布进行分析，发现其宽带等离激元诱导透明窗口是由激发光及多个具有相近共振波长的磁表面等离激元暗态模式(MSPs)共同与纳米结构的局域表面等离激元(LSP)明态模式的干涉抵消产生的。

分别对透明窗口内730nm和780nm波长进行电磁场和电荷分布分析。在730nm和780nm处，上层和下层Au纳米棒电荷均呈现反向分布，但下层纳米棒为LSP六极或八极分布，从而在绝缘层中出现小强度磁共振。但是，上层纳米棒二聚体中均形成了环形电流，从而出现了明显强度的磁表面等离激元暗态模式(MSPs)，尤其是在二个纳米棒的相邻处，且730nm和780nm处的MSPs相位相反。其中780nm处MSP的出现取决于上层纳米棒的小间隔10nm所引起的棒间耦合。所以，纳米棒聚合结构700nm-830nm波段的透明窗口，是上层纳米棒二聚体MSPs、绝缘层中磁共振、入射光与底层LSP多极模式共同作用的结果。