[发明专利]一种基于聚焦离子束刻蚀制备的范德华激元材料微纳结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于聚焦离子束刻蚀制备的范德华激元材料微纳结构及其制备方法。所述方法包括如下步骤：S1：利用聚焦离子束对范德华层状材料进行刻蚀得到微纳结构；S2：将所制得的微纳结构置于100～1000℃下退火2～3h，即得到所述范德华激元材料微纳结构。本发明利用退火工艺对刻蚀后的微纳结构进行处理，可有效地使得样品表面的激元效应恢复。本发明提供的制备方法工艺简单，可以有效减少离子轰击对激元材料表面的影响，使得微纳结构仍然具有激元效应，为制备激元材料的微纳结构提供了一种新的手段。

技术领域

本发明属于纳米光学、纳米材料领域，具体涉及一种基于聚焦离子束刻蚀制备的范德华激元材料微纳结构及其制备方法。

背景技术

激元材料是指具有极化激元效应(表面等离激元效应、声子极化激元等)的材料。等离激元是存在于金属与介质界面处的一种电磁波模式，如果从固体物理的角度理解，其图像为金属表面的自由电子的集体振荡。根据激发方式不同可以分为两类，一种是表面等离极化激元，另一种是局域表面等离激元。声子极化激元是声子与电磁波的耦合振荡模式。近年来，具有表面等离激元和声子极化激元现象的激元材料微纳结构受到物理、光学、电子技术等领域的关注，由于两种激元都能对外界电磁场形成局域以及近场增强的效果，从而可以将外界的电磁场束缚在亚波长的结构中。将此特性应用于光学领域，则可以有效的将光束限制在微纳米结构中，从而突破传统光学衍射极限的限制，实现对“光”在微纳尺度下的精细调控。

范德华材料是由成对的超薄层组成，这些超薄层由弱范德华键结合在一起。近几年研究发现，三氧化钼、氮化硼、石墨烯等范德华材料具有丰富的极化激元模式。研究范德华材料微纳结构的极化激元效应对在微纳尺度下研究光与物质相互作用、光场操控与局域以及纳米光子器件的应用等具有重要的意义。另外，关于范德华层状材料极化激元的研究仍然处在初级阶段，特别是极化激元光场局域的空间分布比较单一，利用范德华激元材料的微纳结构实现对其光场局域分布进行剪裁，将其限制局域在特定的区域内，是实现纳米尺度下光与物质相互作用增强的关键科学和技术问题。

微纳结构的制备方法有电子束曝光、极紫外干涉光刻、孔洞掩膜胶体光刻、热蒸发等。其中利用最多的是电子束曝光，电子束曝光是指使用电子束在材料表面上制造图样的工艺，是光刻技术的延伸应用。然而，这些方式制备的微纳结构工艺复杂，且后期存在残胶对激元现象影响较大。另一面，聚焦离子束技术是通过透镜系统将液态离子源发射的离子聚焦并轰击于材料表面，实现材料在亚微米和纳米尺度进行加工的工艺。聚焦离子束技术同时也存在离子残留在材料表面，离子对材料表面存在损伤等问题。

因此，开发一种可减小加工过程对材料表面损伤的制备激元材料微纳结构的方法具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚焦离子束刻蚀制备范德华激元材料微纳结构的方法，克服现有技术中制备激元材料微纳结构存在离子残留，对材料表面造成损伤的缺陷和不足。本发明提供的制备方法可减小离子对材料表面的损伤，使得微纳结构恢复激元现象，解决了聚焦离子束对材料表面的损伤所造成激元效应消失的问题，工艺简便。

本发明的另一目的在于提供一种范德华激元材料微纳结构。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于聚焦离子束刻蚀制备范德华激元材料微纳结构的方法，包括如下步骤：

S1：利用聚焦离子束对激元材料进行刻蚀得到微纳结构；

S2：将所制得的微纳结构置于100～1000℃下退火时间为2～3h，即得到所述范德华激元材料微纳结构。

基于传统的微纳结构的制备方法，电子束曝光等需要涂光刻胶，曝光显影等工艺，造成工艺复杂且残胶对激元材料影响较大。相比之下，聚焦离子束技术无须光刻胶及接下来的蚀刻，能利用聚焦离子束对样品直接刻出所需图案。然而，聚焦离子束刻蚀也存在样品表面的离子残留和注入，以及对样品损伤的问题。