[发明专利]一种三维环磁偶极器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维环磁偶极器件技术领域，特别是涉及一种利用绝缘介质薄膜和金属开口谐振环结合形成的具有高共振频率、高品质因子的环磁偶极器件。

背景技术

环磁偶极共振是一种特殊的光学共振模式，不同于传统的电多极和磁多级共振。环磁偶极共振(动态环多极子的一种)具有一些优异的光学特性，如高灵敏度探测器、等离激元激光的产生、负折射率、圆二向色性等等，因此在高频光学波段(如可见、红外波段)产生高品质因子的环磁偶极共振具有极为重要的科研价值和应用意义。

环极子具有静态环多极子和动态环多极子之分，其中，静态环多极子在原子物理、分子物理以及凝聚态物理中已经有了非常多的研究，但是动态环多极子需要通过振荡的电磁场被激发，通常需要借助人工结构才能实现，近年来有一些相关的研究工作正在进行，但是限于制备工艺的精度，对于动态环多极子的研究通常实现在较低频率如微波波段，而高频同时又能够具有较高品质因子的环多极子器件目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中环磁偶极器件的尺寸大、共振频率低、品质因子低等问题，提供一种三维环磁偶极器件及制备方法。

特别地，本发明提供了一种三维环磁偶极器件，由多个结构单元阵列形成，每一结构单元包括：

自支撑绝缘介质薄膜，用于作为支撑基础；

悬空部，由所述自支撑绝缘介质薄膜切割折叠而成，数量为偶数且不少于四个，固定于所述自支撑绝缘介质薄膜的同一侧面，对应的悬空部与所述自支撑绝缘介质薄膜之间形成角度；和

金属开口谐振环，数量与所述悬空部的数量相等，一一对应的设置于悬空部的侧表面，用于束缚磁场，产生磁偶极，所述磁偶极首尾相连形成一个闭合环路，所述闭合环路用于实现环磁偶极共振。

进一步地，所述闭合环路具有对称的两侧，位于所述闭合环路一侧的所述金属开口谐振环的开口向上，位于所述闭合环路的另一侧的所述金属开口谐振环的开口向下；

优选地，所述闭合环路呈圆环状；

优选地，所述金属开口谐振环均匀布置于所述闭合环路处。

进一步地，所述自支撑绝缘介质薄膜具有几何中心，所述闭合环路关于所述几何中心中心对称，每个金属开口谐振环设置于对应悬空部的同一侧表面处；

优选地，对应的悬空部与所述自支撑绝缘介质薄膜形成的角度为90°；

优选地，所述悬空部的数量为四个，以所述几何中心为中心呈十字形设置。

进一步地，所述绝缘介质薄膜为氧化硅、氮化硅或氧化铝薄膜。

进一步地，所述金属开口谐振环的形状为具有开口的方形环或圆形环。

进一步地，所述金属开口谐振环的材料为金、银或铝中的一种。

特别地，本发明还提供了一种应用于三维环磁偶极器件的制备方法，包括：在自支撑绝缘介质薄膜上制备金属开口谐振环阵列；

在所述自支撑绝缘介质薄膜表面沉积导电金属层；

沿所述金属开口谐振环图形外缘进行切割，将所述自支撑绝缘介质薄膜分成悬空部和支撑部，每一悬空部与对应的支撑部具有一个连接边，利用折叠工艺对所述连接边进行折叠，使得对应的悬空部垂直于支撑部，获得器件样品；

将所述器件样品置于腐蚀溶液中，去除所述器件样品表面的所述导电金属层，获得三维环磁偶极器件。

进一步地，所述切割通过刻蚀工艺实现，所述切割通过刻蚀工艺实现，所述刻蚀工艺包括聚焦离子束刻蚀、曝光并结合等离子体刻蚀或激光烧蚀。

进一步地，所述折叠工艺为聚焦离子束辐照产生形变。

采用本发明的三维环磁偶极器件，采用自支撑绝缘介质薄膜作为支架和采用金属开口谐振环作为谐振单元，通过设计谐振单元的空间取向和位置的特定组合，制备出了具有环磁偶极响应的微纳器件。本发明的器件具有尺寸小、共振频率高、品质因子高、可控性好、成本低、可大面积制备等特点。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一实施例的三维环磁偶极器件中结构单元的示意性结构图；

图2是本发明一实施例中金属开口谐振环产生环磁偶极的示意性结构图；

图3是金属开口谐振环产生的磁偶极形成闭合环路时的示意性结构图；

图4是金属开口谐振环产生的磁偶极未形成闭合环路时的示意性结构图；