[發明專利]基于二氧化釩相變動態可調的蝴蝶結納米天線裝置及方法

有效

• 申請號: 201910327095.0
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110048227B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 彭茹雯;束方洲;王嘉楠;王牧;范仁浩;祁冬祥;熊翔
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q5/307;C23C14/06;C23C14/18;C23C14/30;C23C14/58
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

1.一種基于二氧化釩相變動態可調的蝴蝶結納米天線裝置，其特征在于，包括：形成于襯底上的二氧化釩薄膜；形成在二氧化釩薄膜上的介質薄膜；以及由周期性排布于介質薄膜上的蝴蝶結金屬單元組成的金屬天線層；所述蝴蝶結金屬單元被構造為由兩個鏡向對稱的結構組成；所述金屬天線層用于激發局域表面等離激元，其材料為金；所述金屬天線層在近紅外波段共振波長的變化響應于二氧化釩薄膜在相變過程中折射率的變化。

2.如權利要求1所述的蝴蝶結納米天線裝置，其特征在于，所述結構為等腰三角形、等邊三角形、等腰梯形或扇形。

3.如權利要求1所述的蝴蝶結納米天線裝置，其特征在于，所述二氧化釩薄膜的厚度為50～200nm，所述介質薄膜的厚度為10～50nm，所述金屬天線層的厚度為20～100nm；所述結構之間的間隙為5～80nm；所述蝴蝶結金屬單元的排列周期為500～1000nm；所述結構中，軸對稱的兩邊的邊長為100～400nm。

4.如權利要求3所述的蝴蝶結納米天線裝置，其特征在于，所述二氧化釩薄膜的厚度為90～110nm，所述介質薄膜的厚度為20～40nm，所述金屬天線層的厚度為40～60nm；所述結構之間的間隙為10～60nm；所述蝴蝶結金屬單元的排列周期為600～800nm；所述結構中，軸對稱的兩邊的邊長為200～300nm。

5.如權利要求1所述的蝴蝶結納米天線裝置，其特征在于，所述介質薄膜為二氧化硅、氧化鋁、氟化鎂中的任意一種。

6.一種納米天線共振波長的調節方法，其特征在于，采用權利要求1至5任意一項所述的基于二氧化釩相變動態可調的蝴蝶結納米天線裝置，通過激發二氧化釩相變來調節金屬天線層的共振波長；具體包括：通過改變二氧化釩薄膜的溫度來激發二氧化釩相變，在所述二氧化釩相變過程中，二氧化釩薄膜的折射率隨溫度變化，進而導致金屬天線層在近紅外波段的共振波長隨溫度連續變化；所述溫度變化范圍為20～80度，包括端點值。

7.如權利要求6所述有的調節方法，其特征在于，激發二氧化釩相變的方法包括直接加熱法、光激發法和電場激發法。

8.一種用于制備如權利要求1至5任意一項所述的基于二氧化釩相變動態可調的蝴蝶結納米天線裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟:

S1、在襯底上制備一層釩薄膜，經氧氣退火后形成二氧化釩薄膜；

S2、在所述二氧化釩薄膜上鍍上一層介質薄膜；

S3、在所述介質薄膜上制備由周期性排布的蝴蝶結金屬單元組成的金屬天線層。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，

所述步驟S1具體包括：采用電子束蒸發在襯底上制備釩薄膜，鍍膜時，氣壓控制在1×10^-7～2×10^-5Torr；將制得的釩薄膜進行氧氣退火處理，退火時氧氣壓強控制在8～12Pa，退火溫度為430～470℃，退火時間不小于60分鐘；退火后冷卻到室溫即，得到二氧化釩薄膜；

所述步驟S2具體包括：采用電子束蒸發在得到的二氧化釩薄膜上鍍介質薄膜，鍍膜時，上下倉內氣壓為10^-5Torr；

所述步驟S3具體包括：在所述介質薄膜上旋涂一層電子束膠；利用電子束刻蝕技術在所述電子束膠上制備蝴蝶結金屬單元的反結構；利用電子束蒸發在所述介質薄膜表面鍍上金屬；利用除膠液除去未刻蝕部分的電子束膠，得到由周期性排布的蝴蝶結金屬單元組成的蝴蝶結納米天線裝置。