[发明专利]贵金属纳米腔/二维材料复合结构及利用二氯甲烷包覆提高其强耦合劈裂能量的方法

说明书

本发明涉及一种贵金属纳米腔/二维材料复合结构及利用二氯甲烷包覆提高其强耦合劈裂能量的方法。首先通过电子束蒸发的方法依次在硅基底上蒸镀一定厚度的钛膜、银膜，随后通过原子层沉积的方法在银膜表面沉积氧化铝薄膜，接着将单层二硫化钨转移到氧化铝薄膜之上，最后将稀释过的银纳米立方体悬浮液滴涂在样品表面，清洗干燥后形成贵金属纳米腔与二维材料的复合结构。通过显微镜收集单个复合结构的暗场散射光谱，之后取少量二氯甲烷溶剂滴在该复合结构上并盖上盖玻片，收集该状态下单个复合结构的散射光谱，最后通过Origin拟合实验数据观察，结果发现：相较于空气中的强耦合劈裂能量144meV，处于二氯甲烷溶剂中的强耦合劈裂能量提高到275meV。

技术领域

本发明涉及纳米光子学技术领域，具体涉及一种贵金属纳米腔/二维材料复合结构及利用二氯甲烷包覆提高其强耦合劈裂能量的方法。

背景技术

腔与置于其中的发光物质之间可以产生耦合相互作用。当耦合较弱时，耦合结果只修改发光物质的荧光发射速率，这是增强荧光的重要机制之一；当二者耦合进一步增强时，电磁场与发光物质之间的能量交换速率大于辐射以及无辐射的损耗速率时，将达到强耦合机制。在强耦合系统中，光与物质之间不断发生能量交换，形成一种新的杂化模式。相较于以往所关注的J聚集体系以及量子点的强耦合，采用二维材料与金属结构结合的方法，由于其自身独特的性质使其在强耦合系统研究中具有重要的应用价值。

在研究金属结构和二维材料的强耦合体系中，武汉大学徐红星教授课题组制备出了一种金属颗粒和二硒化物复合结构，实现了强耦合作用。然而相比于J聚集体中的劈裂能量(400meV)，目前研究开发的二维材料复合结构的劈裂能量都相对偏小。劈裂能量的大小反应了激子与等离子体之间相互作用的大小。因此如何在现有基础上提升基于二维材料的强耦合劈裂能量是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种贵金属纳米腔/二维材料复合结构，该复合结构包括依次排列的绝缘基底、金属膜、金属氧化物膜、二硫化钨(WS₂)膜以及银立方体。

进一步的，所述绝缘基底具体为硅基底，所述金属膜包括依次排列的钛膜和银膜，所述金属氧化物膜具体为氧化铝膜。

更进一步的，钛膜、银膜、氧化铝膜、二硫化钨膜、银立方体的厚度分别为10nm、80nm、9nm、0.8nm(单层二硫化钨)、65-75nm。

上述贵金属纳米腔/二维材料复合结构的制备方法具体如下：首先通过电子束蒸发的方法依次在硅基底上蒸镀相应厚度的钛膜、银膜，然后通过原子层沉积的方法在银膜表面沉积相应厚度的氧化铝膜，接着将单层二硫化钨膜干法转移至氧化铝膜表面，最后将银纳米立方体悬浮液滴涂在样品表面，静置后洗净即可。

进一步的，钛膜、银膜的沉积速度分别为0.1-0.5nm/s、0.12-2nm/s；氧化铝膜沉积时的温度为80-120℃，压力为0.19-0.22torr。

本发明的另一目的在于提供一种利用二氯甲烷包覆提高上述贵金属纳米腔/二维材料复合结构强耦合劈裂能量的方法，该方法具体包括以下步骤：将二氯甲烷滴加到贵金属纳米腔/二维材料复合结构表面，再盖上透光保护片(如盖玻片)测试即可。

进一步的，为了确定贵金属纳米腔/二维材料复合结构在空气和二氯甲烷氛围中强耦合劈裂能量的差异，采取了以下测试：(a)通过暗场散射的方法探测空气中单个贵金属纳米腔/二维材料复合结构的暗场散射光谱，得到双峰的散射光谱图；(b)测试不同银立方体尺寸所对应的散射谱，获得局域表面等离激元能量与二维材料激子能量差在一定范围调谐的数据；(c)以表面滴加了二氯甲烷并盖上盖玻片的贵金属纳米腔/二维材料复合结构为对象，重复步骤(a)和(b)；(d)通过软件拟合处理得到的光谱数据，计算空气和二氯甲烷氛围中强耦合劈裂能量。

更进一步的，步骤(a)单颗粒暗场散射光谱的测试过程在室温条件下进行。