[发明专利]一种Ge2

说明书

本发明目的是提供一种Ge₂Sb₂Te₅纳米柱与金属纳米球形成的柱‑球异质结构以及实现这种结构的制备工艺,属于超表面加工技术领域。综合考虑金属表面等离激元与相变材料的固有特性，通过金属纳米球与介质纳米柱的结合，一方面相变介质材料的引入使得该柱‑球异质结构实现光场的在线调谐，另一方面GST介质材料所产生的磁响应进一步为光场调控提供了额外的维度。通过激光加工介质纳米柱并实现金属纳米球与介质纳米柱自组装的工艺，不仅实现了上述结构灵活、高效、图案化制备，并且介质纳米柱与金属纳米球的多形态耦合方式为光场调控进一步扩展了空间，在超表面器件等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及一种Ge₂Sb₂Te₅(GST)介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构，特别涉及一种基于自组装工序的GST介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构的制备方法，属于超表面加工技术领域。

背景技术

近年来基于人工构造亚波长尺度纳米结构调控的超材料赋予了人们对光无以伦比的操控能力，成为纳米光子学领域发展的一项革命性创举，在生物医疗、生物传感、化学催化、太阳能电池、纳米光电等领域具有广泛的应用前景。近年来基于贵金属表面等离子体共振特性的超材料受到了研究者的广泛关注。金属纳米结构表面等离激元的主动调控特性为下一代光子器件提供了新的机遇。然而基于金属纳米结构形状调控的等离激元器件一般为静态器件，即一旦加工完成，功能随之固定，其根本难题在于对传统金属纳米结构介电特性控制的局限性。例如在文献“HIGHLY REFLECTIVE SUBTRACTIVE COLOR FILTERSCAPITALIZING ON A SILICON METASURFACE INTEGRATED WITH NANOSTRUCTURED ALUMINUMMIRRORS”，WENJING等人，虽然通过改变铝纳米结构和介质纳米柱的尺寸实现了多彩高反滤波片的制备，并在一定程度上引入了由于Mie散射产生的磁共振进行调控。但其调控手段仍然以结构调控为柱，金属纳米结构产生的高欧姆损耗仍不可避免。然而，介质-金属的异质纳米结构同时综合金属及介质材料的优点，为光学调控增加了磁响应，为光场调控提供了一个额外的维度，加之介质材料的非晶/晶态可逆相变所产生的光学特性差异进一步构成表面等离激元调控的外在条件，为多维度实现超表面纳米结构在线可调特性提供了突破。介质材料中，超快相变材料-GST，晶态与非晶态间光学性质和电学性质存在显著差异，在金属纳米结构周围构建 GST纳米尺度局域介质环境为等离激元共振特性的调谐提供了材料基础。然而，现阶段的柱-球结构主要是以硅材料作为纳米柱，无法实现超快调谐，并且介质与金属纳米结构的耦合情况单一。同时纳米结构的高精度加工主要采用纳米压印、电子束/离子束刻蚀、光刻等工艺进行，面临加工幅面小、加工成本高、加工效率低等问题。因此，如何大面积、灵活、高效制备图案化的介质与金属异质纳米柱-球结构实现等离激元共振特性的在线超快调谐具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明目的是提供一种GST介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构及其制备方法。实现GST纳米柱与金属纳米球多形式相结合的异质结构以及一种灵活、高效、图案化制备GST介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构的方法，解决上述问题。

本发明的思想是基于激光的图案化加工能力及飞秒激光的局域化特性，以飞秒激光，在0.5～1.1倍多脉冲能量烧蚀阈值的条件下作用于无定形GST样本表面，可在样本表面形成图案化的晶态GST点阵区域。基于GST材料相变与非相变区域在刻蚀溶液中反应速度的不同，样本经过刻蚀后可形成亚波长的纳米柱状结构。该纳米柱状结构可作为模板，在退火条件下诱导沉积在纳米柱上的金属纳米薄膜发生自组装，形成类球形金属纳米颗粒，即完成所述图案化的 GST介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构单元阵列的制备。

本发明的目的是通过以下技术来实现的：

一种GST介质材料与金属材料的柱-球异质纳米结构，所述结构为具备表面等离激元特性的金属纳米颗粒与GST纳米柱结构的组合体。