[發明專利]切倫科夫輻射器件、制備方法及提取輻射的方法

有效

• 申請號: 201610952634.6
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106569248B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 劉仿;肖龍;王夢軒;黃翊東;張巍;馮雪;崔開宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01T1/22
• 分類號: G01T1/22
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發明公開了切倫科夫輻射器件、制備方法及提取輻射的方法。該切倫科夫輻射器件包括：金屬周期納米狹縫結構；雙曲超材料結構，所述雙曲超材料結構設置在所述金屬周期納米狹縫結構的上表面；電子發射源，所述電子發射源設置在所述雙曲超材料結構的上表面，所述電子發射源包括陽極、陰極以及柵極。該切倫科夫輻射器件無需高電壓，利用雙曲超材料中光的相速度可以比傳統材料降低幾個量級的特點，從而將切倫科夫輻射產生所需要的電子飛行速度極大地降低，進而降低了切倫科夫輻射器件的生產成本，提高了其安全性能。

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體的，涉及切倫科夫輻射器件、制備方法以及提取切倫科夫輻射的方法。

背景技術

切倫科夫輻射(Cherenkov Radiation，CR)是一種當飛行的帶電粒子速度大于周圍介質中的光的相速度時產生的一種電磁輻射。切倫科夫輻射在眾多科學領域都有重要作用。切倫科夫輻射源具有功率高、頻譜范圍大等優點，各式各樣的切倫科夫輻射器件的研究吸引了世界范圍內眾多研究者。在生物醫學中，利用放射性元素標記的生物組織產生帶電粒子，在生物體中激勵起切倫科夫輻射，可以用于被標記的細胞的檢測。在實驗物理中，根據切倫科夫輻射原理設計的粒子計數器被應用于宇宙高能粒子的探測。而目前的切倫科夫輻射器件，需要使用較高的電壓將電子加速，進而產生切倫科夫輻射。然而上述切倫科夫輻射器件從實現條件、安全性、穩定性以及成本上，均難以滿足諸多實際應用的要求。

因此，目前的切倫科夫輻射器件以及提取切倫科夫輻射的方法仍有待改進。

發明內容

本申請是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：

發明人經過深入研究以及大量實驗發現，目前的切倫科夫輻射器件需要高壓將電子加速，主要是由于只有當飛行的帶電粒子速度大于周圍介質中的光的相速度時，才能夠產生切倫科夫輻射。而如果要降低切倫科夫輻射器件所需的電壓，則電子飛行速度相應降低，進而無法產生切倫科夫輻射。發明人經過深入研究發現，如要降低切倫科夫輻射源中所需的飛行電子的動能，則必須要降低飛行的電子周圍的介質中的光的相速度。

本發明旨在一定程度上解決相關的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種切倫科夫輻射器件。該切倫科夫輻射器件無需高電壓，利用雙曲超材料中光的相速度可以比傳統材料降低幾個量級的特點，從而將切倫科夫輻射產生所需要的電子飛行速度極大地降低，進而降低了切倫科夫輻射器件的生產成本，提高了其安全性能。

本發明提出了一種切倫科夫輻射器件。根據本發明的實施例，該切倫科夫輻射器件包括：基底；金屬周期納米狹縫結構，所述金屬周期納米狹縫結構設置在所述基底的上表面上；雙曲超材料結構，所述雙曲超材料結構設置在所述金屬周期納米狹縫結構的上表面；電子發射源，所述電子發射源設置在所述雙曲超材料結構的上表面，所述電子發射源包括陽極、陰極以及柵極。該切倫科夫輻射器件無需高電壓，利用雙曲超材料中光的相速度可以比傳統材料降低幾個量級的特點，從而將切倫科夫輻射產生所需要的電子飛行速度極大地降低，為低電壓下產生切倫科夫輻射提供了可能，可以有效拓寬切倫科夫輻射計數器的探測范圍，并可以基于切倫科夫輻射實現片上自由電子光源。

根據本發明的實施例，所述金屬周期納米狹縫結構的厚度為40～150nm；所述金屬周期納米狹縫結構的周期為400～800nm；所述金屬周期納米狹縫結構的占空比為0.12～0.4。由此，可以提高對切倫科夫輻射的耦合效率。

根據本發明的實施例，所述雙曲超材料結構包括多個第一介質層以及多個第二介質層，所述第一介質層以及所述第二介質層交替堆疊設置，所述雙曲超材料結構中所述第一介質層以及第二介質層的層數均為10～30。具有上述材料的雙曲超材料結構，其兩層材料的結合應使得沿平行介質層方向和垂直介質層方向的等效介電常數的符號相反，電磁波的等頻率波矢圖為雙曲線。由此，可以形成能夠在低電子能量條件下產生切倫科夫輻射的雙曲超材料結構。

根據本發明的實施例，所述第一介質層的厚度為2～40nm。