[发明专利]一种利用铁磁异质结实现太赫兹生物传感的方法

说明书

本发明公开了一种利用铁磁异质结实现太赫兹生物传感的方法，通过发射太赫兹的调控现象，可以实现对水分子或生物分子的检测，解决生物传感的难题。使用成熟的太赫兹时域光谱系统即可完成检测，实现原理简单，并且，检测样品体积小，可以节省材料，降低成本，还能保证性能牢固稳定，可以做成便携化插件，与现有的超材料方案相比，可以极大地降低实验成本。检测样品的空间分辨率由入射光斑的大小决定，可以突破太赫兹的衍射极限，有效提高分辨率。基于磁性纳米薄膜的自旋太赫兹辐射源拥有极高的效率，仅仅5nm左右的薄膜，产生太赫兹的效率可与传统ZnTe晶体比拟。

技术领域

本发明涉及太赫兹与超快光学技术领域，尤其涉及一种利用铁磁异质结实现太赫兹生物传感的方法。

背景技术

太赫兹波段是处于低能量的电子学和高能量的光子学之间的过渡频带，这是最后一段被人类了解和认识的电磁波波段，也是目前公认的具备优良特性的电磁波段。20世纪末以来，由于飞秒激光、光电导、光整流等技术的发展，超宽谱太赫兹源及其在时域光谱分析和光谱成像中的应用得到快速发展。近十年来，基于半导体的固态电子学太赫兹源与检测器件、各种太赫兹器件均取得了重大进展。这一特殊的电磁波，具有穿透性强、能量低、频带宽、普遍性高等诸多优点。

太赫兹波具有很高的空间分辨率，相对于X光和可见光有很强的互补特性，因此，太赫兹成像适用于可见光不能透过且X射线成像的对比度不够的场合。由于太赫兹具有的独特性能，太赫兹波在成像技术方面有众多应用，例如非接触式的电子线路缺陷的无损检测、生物医学成像、环境检测、安保检测等方面。在太赫兹成像过程中，通过观测透射或反射得到的太赫兹波获得太赫兹图像，因此，空间分辨率会受太赫兹波源的衍射极限的限制。目前的成像技术由于分辨率和材料等方面的限制，在生物传感成像方面仍然有很多难题尚未解决。因此，需要结合现有的研究成果，探究解决生物传感成像的新方案。

目前已有的太赫兹生物传感器主要有超材料生物传感器。超材料是周期性排列的人工电磁材料，其特殊设计的结构会表现出一些天然材料不具备的特性，例如特殊的电磁特性。超材料生物传感器通过特殊的结构设计，将外界生物分子引起的折射率变化转变化为光信号的变化，能够突破传统传感器分辨率极限，实现无标记检测。然而，超材料的局限性在于其结构与功能的强对应关系，特定结构只能对应特定的吸收峰，因此，超材料的制备过程较为复杂，成本较高。

目前，激光太赫兹发射显微检测(LTEM)是一种独特的检测工具，该技术可以突破太赫兹波从毫米到微米尺寸的分辨率限制，广泛用于各种电子材料和设备，包括半导体、高Tc超导体(HTSC)、巨大的磁阻锰矿和多铁磁性材料，这些材料被飞秒激光照射后会发射太赫兹脉冲。该技术可以直接从飞秒激光脉冲照射的样品中获得太赫兹脉冲，测得辐射的太赫兹辐射图像，从而反映材料和器件的工作状态。该技术的另一个独特特性是其空间分辨率由激光光斑大小决定，而不是由太赫兹波长决定，因此，能达到很高的分辨率。LTEM使得研究局部载流子动力学成为可能，由于太赫兹发射特性可以反映这些材料和器件中被局部激发的光载流子的动态运动，因此，LTEM可以用于大规模集成电路的检测评估工具。然而，由于辐射太赫兹的原理限制，LTEM难以用于对液体和生物分子的检测，因此，要想实现液体和生物传感，需要在LTEM的基础上进行改进优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用铁磁异质结实现太赫兹生物传感的方法，用以突破生物传感检测的难题。

因此，本发明提供了一种利用铁磁异质结实现太赫兹生物传感的方法，包括如下步骤：

S1：在透明基底上沉积W/CoFeB/Pt三层异质结构的纳米薄膜；

S2：利用磁场对所述W/CoFeB/Pt三层异质结构的纳米薄膜进行外部磁化；

S3：在磁化后的纳米薄膜的表面滴加水或生物液体；