本發(fā)明屬于等離激元器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、得益于光子兩種等離激元共振模式(亮-暗模式、亮-亮模式)的相互作用，法諾共振通常發(fā)生于多種等離激元微納結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明效應(yīng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，可用于超靈敏等離子體共振傳感的研究。近年來，新興二維材料的不斷涌現(xiàn)可為研發(fā)新型等離激元誘導(dǎo)透明器件提供一個(gè)可行路徑。有趣的是，在眾多二維材料家族成員中，二維材料紫磷(violet?phosphorus,vp)晶體在可見光-近紅外區(qū)域具有高折射率和低損耗的特性，是一種設(shè)計(jì)產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明的理想材料。目前，未見有利用二維材料紫磷薄層產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)的報(bào)道。此外，已報(bào)道的微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)大多未顯示出周期性調(diào)制的變化規(guī)律。然而，本發(fā)明提出的新型等離激元微納結(jié)構(gòu)能夠調(diào)制出周期性變化的等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)。

2、為了促使等離激元誘導(dǎo)透明更好地應(yīng)用于超靈敏生物傳感探測領(lǐng)域，設(shè)計(jì)并研發(fā)一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件無疑具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件及制備方法，其創(chuàng)新之處在于，采用二維材料紫磷薄膜提供平面光子波導(dǎo)模式，與貴金屬薄膜提供的等離激元模式產(chǎn)生相互作用，產(chǎn)生周期性調(diào)制的等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)。此外，該傳感器件還具有超高空間探測靈敏度，可用于生物分析物的超靈敏定量探測；

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，結(jié)構(gòu)包括：棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層；沿所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)從下向上，依次為棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層；其中，由貴金屬提供等離子體激元共振模式，由低損耗二維材料紫磷薄膜提供平面光子波導(dǎo)模式；在一定頻率的入射光子激勵(lì)下，兩種模式在中間耦合層發(fā)生相互作用，產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)；生物傳感探測層含有流動(dòng)的待測生物分子溶液，從左邊注入待測生物分子溶液，從右邊流出。

4、優(yōu)選的，所述等離激元層的厚度為30-60nm，所述耦合層的厚度為100-700nm，所述平面光子波導(dǎo)層的厚度為65-5000nm。

5、優(yōu)選的，所述平面光子波導(dǎo)層的材質(zhì)為二維材料紫磷晶體，產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明；其中，從65nm開始，平面光子波導(dǎo)層厚度變化短周期為110～120nm，可用于調(diào)制本級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度；平面光子波導(dǎo)層厚度變化長周期為1150～1250nm，可用于調(diào)制多級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度。

6、優(yōu)選的，其信號(hào)探測機(jī)制為空間位移調(diào)制。

7、優(yōu)選的，所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為sf11，所述等離激元層的材質(zhì)是指貴金屬金、銀、鋁、金屬氧化物的至少一種，所述耦合層的材質(zhì)為二氧化硅。

8、優(yōu)選的，該傳感器件所需要的入射光子波長為633nm。

9、優(yōu)選的，當(dāng)生物分析物被吸附在傳感器件表面，產(chǎn)生一個(gè)0.0012riu變化時(shí)，采用空間位移信號(hào)調(diào)制模式，傳感器件的理論靈敏度為3.61234×105μm/riu，可用于生物分析物的超靈敏定量探測。

10、本發(fā)明還提供了一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件的制備方法，用于實(shí)現(xiàn)所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件的制備，其特征在于，包括以下步驟：

11、(1)蒸鍍一層等離激元金屬薄膜在sf11棱鏡表面；

12、(2)在等離激元層繼續(xù)沉積二氧化硅耦合層；

13、(3)在耦合層上面沉積紫磷平面光子波導(dǎo)層。

14、與現(xiàn)有的微納結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的有益效果為：

15、本發(fā)明采用低損耗二維材料紫磷薄膜提供平面光子波導(dǎo)模式，與等離激元模式發(fā)生耦合，產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)，且其信號(hào)強(qiáng)度隨紫磷薄膜厚度實(shí)現(xiàn)兩種周期性(短/長周期)調(diào)制，可提供超高空間位移(goos-?shift,gh?shift)探測靈敏度。有趣的是，紫磷薄膜厚度變化短周期(110～120nm)能夠用于調(diào)制本級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度，長周期(1150～1250nm)能夠用于調(diào)制多級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度。

16、對(duì)于傳感器件表面微弱的折射率變化，本發(fā)明提供的空間位移探測靈敏度(3.61234×105μm/riu)更高。此外，本發(fā)明能夠產(chǎn)生周期性調(diào)制的等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)，有效地拓展了應(yīng)用場景。

技術(shù)特征：

1.一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，結(jié)構(gòu)包括：棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層；沿所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)從下向上，依次為棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層；其中，由貴金屬提供等離子體激元共振模式，由低損耗二維材料紫磷薄膜提供平面光子波導(dǎo)模式；在一定頻率的入射光子激勵(lì)下，兩種模式在中間耦合層發(fā)生相互作用，產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)；生物傳感探測層含有流動(dòng)的待測生物分子溶液，從左邊注入待測生物分子溶液，從右邊流出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，所述等離激元層的厚度為30-60nm，所述耦合層的厚度為100-700nm，所述平面光子波導(dǎo)層的厚度為65-5000nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，所述平面光子波導(dǎo)層的材質(zhì)為二維材料紫磷晶體，產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明；其中，從65nm開始，平面光子波導(dǎo)層厚度變化短周期為110～120nm，可用于調(diào)制本級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度；平面光子波導(dǎo)層厚度變化長周期為1150～1250nm，可用于調(diào)制多級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，其信號(hào)探測機(jī)制為空間位移調(diào)制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為sf11，所述等離激元層的材質(zhì)是指貴金屬金、銀、鋁、金屬氧化物的至少一種，所述耦合層的材質(zhì)為二氧化硅。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，該傳感器件所需要的入射光子波長為633nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件，其特征在于，當(dāng)生物分析物被吸附在傳感器件表面，產(chǎn)生一個(gè)0.0012riu變化時(shí)，采用空間位移信號(hào)調(diào)制模式，傳感器件的理論靈敏度為3.61234×105μm/riu，可用于生物分析物的超靈敏定量探測。

8.一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件的制備方法，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件的制備，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種能夠產(chǎn)生周期性等離激元誘導(dǎo)透明的傳感器件及制備方法，其器件結(jié)構(gòu)包括：棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層；沿所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)至所述生物傳感探測層的方向，所述棱鏡耦合結(jié)構(gòu)、等離激元層、耦合層、平面光子波導(dǎo)層和生物傳感探測層依次層疊結(jié)合。本發(fā)明采用低損耗二維材料紫磷薄膜提供平面光子波導(dǎo)模式，與等離激元模式發(fā)生耦合，產(chǎn)生等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)，且其信號(hào)強(qiáng)度隨紫磷薄膜厚度實(shí)現(xiàn)兩種周期性調(diào)制，可提供超高空間位移探測靈敏度。有趣的是，紫磷薄膜厚度變化短周期能夠用于調(diào)制本級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度，長周期能夠用于調(diào)制多級(jí)等離激元誘導(dǎo)透明信號(hào)強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：袁玉峰,鄭曉煒,何小勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東莞理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10