[发明专利]一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构与方法

说明书

本发明提供了一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构，包括：由下至上依次层叠设置在基板上的第一透明电极、第一BN二维材料、掺杂有铁磁金属原子的III‑VI族硫属化物二维材料、第二BN二维材料、第二透明电极。采用激光入射至上述的结构中，激发III‑VI族硫属化物二维材料中自旋极化电子的跃迁，产生旋光现象，通过向第一BN二维材料/掺杂铁磁金属的III‑VI族硫属化物二维材料/第二BN二维材料的三明治结构施加垂直电场，在0～100％范围内调控自旋极化电子的自旋极化率，实现电场可调极化率的旋光效应。本发明可解决旋光器件集成与兼容性问题。

技术领域

本发明涉及光学偏振取向控制的结构与方法，尤其是一种利用电子自旋极化实现具有电场可调极化率的旋光的结构与方法。

背景技术

单色线偏振光沿着光轴方向受到某种作用导致其振动面发生转动的现象称为旋光现象。如今旋光技术具有广阔的应用前景，如电光、磁光、液晶、光通讯、光传感、光开关、光调制、光存储、外差探测、薄膜参数测量、物质结构探测、生物细胞荧光测量、图像识别、乃至最新的生物芯片探测，旋光的应用无处不在。目前用以产生旋光的方法主要包括以下几种：(1)利用旋光物质，比如糖溶液、松节油液体，还包括石英、朱砂等固体，不利于集成；(2)利用磁致旋光效应，此方法由于受制于现有磁光材料本身应用性能的不理想，如温度稳定性和磁滞效应等，以及成本较高等问题，也制约了其进一步广泛应用；(3)利用液晶的各向异性产生旋光效应，以制成各种显示器件、光调制器、光路转换开关等。然而上述几种方法基本是利用透射方式来进行线偏振光偏振面取向转动的控制，与目前基于全反射的光纤、光波导等光学器件之间仍存在的集成与兼容性的问题。

发明内容

本发明鉴于旋光器件的设计需求及极化率的调控问题，提出一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构与方法，旨在解决旋光器件集成与兼容性问题。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种产生具有电场可调极化率的旋光的结构，包括：由下至上依次层叠设置在基板上的第一透明电极、第一BN二维材料、掺杂有铁磁金属原子的III-VI族硫属化物二维材料、第二BN二维材料、第二透明电极。

在一较佳实施例中：所述掺杂铁磁金属的III-VI族硫属化物二维材料的厚度d满足范围0d10nm。

在一较佳实施例中：所述掺杂有铁磁金属材料的III-VI族硫属化物二维材料的化学式为MX，其中M＝Ga、In，X＝S、Se。

在一较佳实施例中：所述铁磁金属材料在III-VI族硫属化物二维材料中的掺杂位置包含III-VI族硫属化物二维材料的晶格替位或间隙位。

在一较佳实施例中：所述铁磁金属材料为Fe、Co、Ni中的一种或几种，以及它们的合金，掺杂浓度为0～10％。

在一较佳实施例中：所述第一BN二维材料和第二BN二维材料的厚度为0～5nm。

在一较佳实施例中：第一透明电极、第二透明电极的电极材料由石墨烯、ITO、AZO中的一种或多种材料构成。

一种使用如上所述的结构产生具有电场可调极化率的旋光的方法，包括如下步骤：

步骤一、采用激光入射至由第一BN二维材料、III-VI族硫属化物二维材料、第二BN二维材料组成的三明治结构中；

步骤二、激光激发掺杂有铁磁金属材料的III-VI族硫属化物二维材料中自旋极化电子的跃迁，产生旋光现象；

步骤三、向所述三明治结构中施加垂直电场，在0～100％范围内调控自旋极化电子的自旋极化率，实现电场可调极化率的旋光效应。

在一较佳实施例中：所述垂直电场的电场范围为

在一较佳实施例中：所述旋光的产生的温度T范围为0K≤T≤300K。