[發明專利]一種基于相變材料或拓撲絕緣材料的多層不對稱超材料

有效

• 申請號: 201310183190.0
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103247863A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于相變材料或拓撲絕緣材料的具有可調諧法諾共振現象的多層不對稱超材料，可應用于慢光、傳感、非線性及光開關等領域。

背景技術

2001年，文獻1：“R.A.Shelby?et?al,SCIENCE,2001(292):77”首次在微波段實驗報道具有負折射率的人工電磁超材料，從此人工電磁超材料引起了人們的廣泛關注。隨著超材料研究的深入，超材料上法諾共振現象也備受關注。2007年，文獻2：“V.A.Fedotove?et?al,PHYSICAL?REVIEW?LETTER,2007(99):147701”首次在非對稱諧振環陣列中發現法諾諧振。但是超材料的結構一旦確定以后，超材料的法諾共振特性是不能改變的，這就極大地限制了超材料法諾共振的實際應用。因此，研究者們越來越關注于法諾共振特性可調諧得超材料的研究。有如文獻3“V.A.Fedotov?et?al,OPTICS?EXPRESS,2010(18):9015”報道的通過超導體超材料實現法諾共振的可調諧性。文獻4“I.V.Shadrivov?et?al,OPTICS?EXPRESS,2006(14):9344”報道在超材料中加載不同電容，可以有效調節其諧振頻率。

但是上述方法需要復雜的調諧裝置，從而增加了超材料結構設計的復雜性和制備工藝的難度，使得上述調諧方法很難應用到更高的頻段如近紅外光頻段。因此需要設計一種簡單實用的方法對超材料的法諾共振頻率進行調諧，他將對超材料法諾共振在光頻段的實際應用具有非常重要的意義，大大推進其實用化進程。

因此，本發明提供一種基于相變材料或拓撲絕緣材料的具有可調諧法諾共振現象的多層不對稱超材料。通過在多層不對稱超材料中引入相變材料或拓撲絕緣材料，利用相變材料或拓撲絕緣材料介電系數隨外加電場或溫度改變而變化的特性，使其法諾共振頻率具有可調諧性，而不需要改變原有超材料單元的結構，極大的簡化了具有可調諧法諾共振現象的超材料的制備與應用，使其可以應用于光頻段領域。

發明內容

本發明針對上述可調諧法諾共振的問題，提供了一種基于相變材料或拓撲絕緣材料的多層不對稱超材料，該器件具有結構簡單、操作容易、工作頻率調諧范圍大等特點。

本發明解決問題采用的技術方案如下：

一種基于相變材料或拓撲絕緣材料的具有可調諧法諾共振現象的多層不對稱超材料，該多層不對稱超材料由襯底層、下金屬層、相變材料層/拓撲絕緣材料層、上金屬層、氧化層，諧振單元偏離其自身中心位置，偏離距離在5納米至1微米，同時穿透多層不對稱超材料。所述的多層結構通過控制外加電場或溫度，改變相變材料/拓撲絕緣材料介電系數，進而實現其法諾共振頻率的可調諧性。

諧振單元形狀可以是三角形孔、方形孔、圓形孔、橢圓形孔、矩形孔、十字形孔、六邊形孔；孔的寬度在20納米至1微米、高度在60納米至30微米。

相變材料層可以包括GeTe、Ge₂Sb₂Te₅、Ge₁Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₄、Ge₃Sb₄Te₈、Ge₁₅Sb₈₅、Ag₅In₆Sb₅₉Te₃₀。拓撲絕緣材料層可以包括Bi_xSb_1-x、HgTe、Bi₂Te₃、Bi₂Se₃、Sb₂Te₃。