對數型非線性金屬錐探針制造技術

一種高空間分辨率、高靈敏度、能產生強縱向偏振電場的對數型非線性金屬納米錐探針。該探針由對數型金屬納米非線性錐形結構構成，當入射光(特別是徑向偏振光)照射對數型非線性金屬納米錐探針底面時，入射光能量轉化為表面等離激元，等離激元沿非線性金屬納米錐彎曲表面傳播，并壓縮至頂端形成高度局域增強的電磁場分布，從而得到強納米聚焦。本發明專利技術可用作掃描近場顯微鏡、原子力顯微鏡等掃描探針顯微鏡以及針尖增強拉曼光譜儀的探針，在單分子成像、熱輔助磁記錄、納米傳感、納米成像、納米光刻和納米操縱等諸多領域有重要應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學和光電
，涉及納米光電器件、表面等離子體激發、納米聚焦和矢量場，特別是一種高空間分辨率、高靈敏度、能產生強縱向偏振電場的金屬光電探針。
技術介紹
產生具有大縱向偏振電場分量的納米聚焦強場，對于提高單分子成像、熱輔助磁記錄、納米光刻及誘發熱電子至關重要。目前已有多種增強納米聚焦的金屬結構，其中最常用的是金屬納米線性錐形結構，但是線性納米結構的聚焦存在局限性，能通過改變曲率半徑對光場進行聚焦，不具有非線性特性，使得對表面等離激元的研究和應用存在局限性。因此我們提出研究對數型非線性金屬納米錐結構。
技術實現思路
本專利技術目的是為產生具有大縱向偏振電場分量的納米聚焦矢量場，提供一種高空間分辨率和高靈敏度的對數型非線性金屬納米錐探針。本專利技術提供的高空間分辨率和高靈敏度的對數型非線性金屬納米錐探針，由對數型金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系的結構方程h(ρ,θ)為：其中：ρ和θ分別是柱狀坐標系下的半徑和角度，h0是預設的高度參數，R是底面半徑，h0和R的大小在納米量級。N為對數型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數。所述的對數型非線性金屬納米錐探針。當入射光(特別是徑向偏振光)照射對數型金屬納米錐探針底面時，在金屬表面激發表面等離激元，并沿著對數型非線性金屬納米錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷壓縮和聚焦，形成高度局域的納米聚焦強場。所述的對數型非線性金屬納米錐探針，由于該探針的結構為對數型非線性結構，表面等離激元沿曲面表面傳播在頂端形成強度達4個數量級的納米聚焦電場。所述的對數型非線性金屬納米錐探針，在金屬材料和其結構參數確定的條件下，通過改變對數型非線性因子N可以得到不同強度增強的納米聚焦場，且強度均可達4個數量級。本專利技術的優點和積極效果：本專利技術提供的對數型非線性金屬納米錐探針，當入射光(特別是徑向偏振光)照射探針底面時，在其底面的邊緣激發表面等離激元，等離激元沿著錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷旋轉、壓縮和聚焦，在頂端形成納米聚焦的高局域強電場。該聚焦電場不僅具有很大的縱向偏振分量，有利于提高納米探測和成像的靈敏度，有利于實現納米粒子的操縱和篩選。另一方面，通過改變對數型非線性金屬納米錐結構的非線性因子N可以實現納米聚焦電場的調控。本專利技術可用作掃描近場顯微鏡、原子力顯微鏡等掃描探針顯微鏡以及針尖增強拉曼光譜儀的高分辨率和高靈敏度探針。本專利技術在單分子成像、熱輔助磁記錄、納米傳感、納米成像、納米光刻和納米操縱等諸多領域有重要應用價值。附圖說明圖1是高空間分辨率和高靈敏度的對數型非線性金屬錐探針結構圖。其中：(a)是對數型非線性金屬錐探針的主剖視圖；(b)是對數型非線性金屬錐探針的右剖視圖；(c)是對數型非線性金屬錐探針的俯視圖。圖2是當總高度h＝600nm時，對數型非線性金屬錐探針產生的納米聚焦。其中：(a)和(b)分別是電場E在xz和yz平面的強度分布圖，其在探針頂端形成納米聚焦；(c)是在探針焦點附近所在xz平面上|E|2的強度分布。圖3是當24≤N≤27，對數型非線性金屬納米錐的增強因子與N的關系圖。具體實施方式實施例1如圖1所示，一種高空間分辨率、高靈敏度、能產生強縱向偏振電場的對數型納米金屬非線性錐形探針，該探針由對數型金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系下的結構方程h(ρ,θ)為：其中：ρ和θ是柱狀坐標系下的半徑和角度，h0是預設的高度參數，R是底面半徑，h0和R的大小在納米量級。N為對數型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數。本專利技術中對數型非線性金屬錐探針的制作可采用電化學的方法來實現。其具體步驟如下：(1)利用氨水的腐蝕性以及可編程的電機控制金屬絲的刻蝕出現一個線性錐形結構；(2)利用高氯酸，將線性的錐進行二次刻蝕，利用可編程的電機控制速度，使不同的位置出現不同程度的刻蝕，從而得到一個非線性的錐。具體應用實例1對數型非線性金屬錐探針的具體參數以如下為例：材料為銀，入射波長λinc＝800nm，此時其相對介電常數εm＝-30.1495+0.3932i，選取h0＝600nm，R＝300nm，N＝25，入射光為徑向偏振光。圖2是N＝25時對數型非線性金屬納米錐探針產生的納米聚焦，其電場的最大強度為15527a.u.，其縱向分量|Ez|2為7942a.u.，占51.15％。圖2中(a)和(b)分別是電場E在xz和yz平面的強度分布圖，其在探針頂端形成納米聚焦；(c)是在探針焦點附近所在xz平面上|E|2的強度分布。圖3是當24≤N≤27時，對數型非線性金屬納米錐的增強因子與N的關系圖。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種能提高空間分辨率和靈敏度以及能產生強縱向偏振電場對數型非線性金屬納米錐探針，其特征在于該對數型非線性金屬納米錐探針由金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系下的結構方程h(ρ,θ)為：其中：ρ和θ分別是柱狀坐標系下的半徑和角度，h0是預設的高度參數，R是底面半徑，N為對數型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數，h0和R的大小在納米量級；當入射光，特別是徑向偏振光照射對數型非線性金屬納米錐探針底面時，在金屬表面激發表面等離激元，并沿著對數型非線性金屬納米錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷壓縮和聚焦，形成高度局域的納米聚焦強場。

【技術特征摘要】
2016.08.05 CN 20161064094441.一種能提高空間分辨率和靈敏度以及能產生強縱向偏振電場對數型非線性金屬納米錐探針，其特征在于該對數型非線性金屬納米錐探針由金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系下的結構方程h(ρ,θ)為：其中：ρ和θ分別是柱狀坐標系下的半徑和角度，h0是預設的高度參數，R是底面半徑，N為對數型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數，h0和R的大小在納米量級；當入射光，特別是徑向偏振光照...

【專利技術屬性】
技術研發人員：匡登峰，程芳，董立群，
申請(專利權)人：南開大學，
類型：發明
國別省市：天津;12