一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件及制备方法

本发明属于等离激元器件设计领域，具体涉及一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件及制备方法。

背景技术：

1、得益于光子两种等离激元共振模式(亮-暗模式、亮-亮模式)的相互作用，法诺共振通常发生于多种等离激元微纳结构，产生等离激元诱导透明效应，具有广泛的应用前景，可用于超灵敏等离子体共振传感的研究。近年来，新兴二维材料的不断涌现可为研发新型等离激元诱导透明器件提供一个可行路径。有趣的是，在众多二维材料家族成员中，二维材料紫磷(violet phosphorus,vp)晶体在可见光-近红外区域具有高折射率和低损耗的特性，是一种设计产生等离激元诱导透明的理想材料。目前，未见有利用二维材料紫磷薄层产生等离激元诱导透明信号的报道。此外，已报道的微纳结构产生的等离激元诱导透明信号大多未显示出周期性调制的变化规律。然而，本发明提出的新型等离激元微纳结构能够调制出周期性变化的等离激元诱导透明信号。

2、为了促使等离激元诱导透明更好地应用于超灵敏生物传感探测领域，设计并研发一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件无疑具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件及制备方法，其创新之处在于，采用二维材料紫磷薄膜提供平面光子波导模式，与贵金属薄膜提供的等离激元模式产生相互作用，产生周期性调制的等离激元诱导透明信号。此外，该传感器件还具有超高空间探测灵敏度，可用于生物分析物的超灵敏定量探测；

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，结构包括：棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层；沿所述棱镜耦合结构从下向上，依次为棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层；其中，由贵金属提供等离子体激元共振模式，由低损耗二维材料紫磷薄膜提供平面光子波导模式；在一定频率的入射光子激励下，两种模式在中间耦合层发生相互作用，产生等离激元诱导透明信号；生物传感探测层含有流动的待测生物分子溶液，从左边注入待测生物分子溶液，从右边流出。

4、优选的，所述等离激元层的厚度为30-60nm，所述耦合层的厚度为100-700nm，所述平面光子波导层的厚度为65-5000nm。

5、优选的，所述平面光子波导层的材质为二维材料紫磷晶体，产生周期性等离激元诱导透明；其中，从65nm开始，平面光子波导层厚度变化短周期为110～120nm，可用于调制本级等离激元诱导透明信号强度；平面光子波导层厚度变化长周期为1150～1250nm，可用于调制多级等离激元诱导透明信号强度。

6、优选的，其信号探测机制为空间位移调制。

7、优选的，所述棱镜耦合结构的材质为sf11，所述等离激元层的材质是指贵金属金、银、铝、金属氧化物的至少一种，所述耦合层的材质为二氧化硅。

8、优选的，该传感器件所需要的入射光子波长为633nm。

9、优选的，当生物分析物被吸附在传感器件表面，产生一个0.0012riu变化时，采用空间位移信号调制模式，传感器件的理论灵敏度为3.61234×105μm/riu，可用于生物分析物的超灵敏定量探测。

10、本发明还提供了一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件的制备方法，用于实现所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件的制备，其特征在于，包括以下步骤：

11、(1)蒸镀一层等离激元金属薄膜在sf11棱镜表面；

12、(2)在等离激元层继续沉积二氧化硅耦合层；

13、(3)在耦合层上面沉积紫磷平面光子波导层。

14、与现有的微纳结构相比，本发明的有益效果为：

15、本发明采用低损耗二维材料紫磷薄膜提供平面光子波导模式，与等离激元模式发生耦合，产生等离激元诱导透明信号，且其信号强度随紫磷薄膜厚度实现两种周期性(短/长周期)调制，可提供超高空间位移(goos- shift,gh shift)探测灵敏度。有趣的是，紫磷薄膜厚度变化短周期(110～120nm)能够用于调制本级等离激元诱导透明信号强度，长周期(1150～1250nm)能够用于调制多级等离激元诱导透明信号强度。

16、对于传感器件表面微弱的折射率变化，本发明提供的空间位移探测灵敏度(3.61234×105μm/riu)更高。此外，本发明能够产生周期性调制的等离激元诱导透明信号，有效地拓展了应用场景。

技术特征：

1.一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，结构包括：棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层；沿所述棱镜耦合结构从下向上，依次为棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层；其中，由贵金属提供等离子体激元共振模式，由低损耗二维材料紫磷薄膜提供平面光子波导模式；在一定频率的入射光子激励下，两种模式在中间耦合层发生相互作用，产生等离激元诱导透明信号；生物传感探测层含有流动的待测生物分子溶液，从左边注入待测生物分子溶液，从右边流出。

2.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，所述等离激元层的厚度为30-60nm，所述耦合层的厚度为100-700nm，所述平面光子波导层的厚度为65-5000nm。

3.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，所述平面光子波导层的材质为二维材料紫磷晶体，产生周期性等离激元诱导透明；其中，从65nm开始，平面光子波导层厚度变化短周期为110～120nm，可用于调制本级等离激元诱导透明信号强度；平面光子波导层厚度变化长周期为1150～1250nm，可用于调制多级等离激元诱导透明信号强度。

4.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，其信号探测机制为空间位移调制。

5.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，所述棱镜耦合结构的材质为sf11，所述等离激元层的材质是指贵金属金、银、铝、金属氧化物的至少一种，所述耦合层的材质为二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，该传感器件所需要的入射光子波长为633nm。

7.根据权利要求1所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件，其特征在于，当生物分析物被吸附在传感器件表面，产生一个0.0012riu变化时，采用空间位移信号调制模式，传感器件的理论灵敏度为3.61234×105μm/riu，可用于生物分析物的超灵敏定量探测。

8.一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件的制备方法，用于实现权利要求1-7任一项所述的能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件的制备，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种能够产生周期性等离激元诱导透明的传感器件及制备方法，其器件结构包括：棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层；沿所述棱镜耦合结构至所述生物传感探测层的方向，所述棱镜耦合结构、等离激元层、耦合层、平面光子波导层和生物传感探测层依次层叠结合。本发明采用低损耗二维材料紫磷薄膜提供平面光子波导模式，与等离激元模式发生耦合，产生等离激元诱导透明信号，且其信号强度随紫磷薄膜厚度实现两种周期性调制，可提供超高空间位移探测灵敏度。有趣的是，紫磷薄膜厚度变化短周期能够用于调制本级等离激元诱导透明信号强度，长周期能够用于调制多级等离激元诱导透明信号强度。

技术研发人员：袁玉峰,郑晓炜,何小勇
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10