[发明专利]一种增强型复合磁性材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属磁光效应和生物传感器技术领域，具体涉及一种磁光克尔效应增强型复合磁性材料及其制备方法和应用。

技术背景

磁光克尔效应除了可以用于磁畴的观测和对磁性薄膜的研究外，还被广泛应用于磁光盘的数据读取。对于磁光克尔效应此方面的应用，工业上需要一个相对较大的磁光克尔角。对于特定的材料，磁光克尔效应由材料的介电常数决定。而材料的性质不仅和材料的本征属性有关还和材料的结构有关。随着纳米技术的兴起，人们可以将特定物质制备成一定的纳米结构，从而剪裁物质的性质。当然，将特定的物质制备成一定的纳米结构时，物质的磁光效应可能会得到很大的增强。通常可以运用金属材料的等离子共振(包括体等离子共振、表面等离子体共振)与磁性材料中对磁光有贡献的电子跃迁的耦合，来提高磁性材料的磁光克尔效应。但这种增强只发生在与物质本征属性相关的特定的波长，不可调控。寻找一种磁光克尔效应显著增强且增强发生的波长在可见光区域连续可调的方法，是一项十分必要的研究。

高的品质因子是各类传感器灵敏度的重要体现。存在于金属/电介质界面的表面等离子体对消逝场穿透深度内电介质的折射率非常敏感。表面等离子体的这一显著特性被用于开发等离子体生物传感器，这种生物传感器能用来探测和研究催化剂与金属表面的相应受体的成键过程。目前，几乎所有商业上的表面等离子体生物传感器都是运用Au或Ag连续膜上激发的表面等离子体激元。但基于表面等离子体的方法并不能满足生物技术对纳米尺度器件的要求。纳米结构的局域表面等离子体虽然能满足纳米器件的要求，同时它具备谱可调节及局域场极大增强的优点，但它对电介质折射率的响应灵敏度比表面等离子体低一个数量级。所以，制备具备较高品质因子的纳米结构器件在生物传感上将有很大的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁光克尔效应显著增强且增强发生的波长在可见光区域连续可调的磁性材料及其制备方法，提出具备较高品质因子的应用在生物信息传送的纳米结构传感器件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种增强型复合磁性材料，包括玻璃衬底、聚苯乙烯小球、金属层和磁性层；所述玻璃衬底上周期性有序排列着两维聚苯乙烯小球晶体，构成磁性材料的内核；所述聚苯乙烯小球直径为600～1300nm，呈六角密堆结构排列，每个小球与相邻6个小球紧密相切连接，同时每三个相邻小球间构成一个三角形空隙；在所述内核表面镀覆着金属层Au，所述金属Au层名义厚度为5～50nm；在所述金属层Au表面镀覆着磁性层Co，所述磁性Co层名义厚度为5～50nm；同时在小球间的三角形空隙处玻璃上，依次均匀镀覆着Au和Co的双层膜。

所述聚苯乙烯小球直径在700～900nm范围时最佳。

所述金属Au层厚度为20nm时最佳。所述金属层可以用金属Ag或者Cu取代Au。

所述磁性Co层厚度为10～20nm时最佳。所述磁性层可以用磁性材料Fe或者Ni取代Co。

一种上述增强型复合磁性材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1：将玻璃衬底放入清洗剂中，采用超声波发生器进行清洗；所述清洗剂为无水乙醇；

步骤2：在大气环境中，在清洗洁净的玻璃衬底上用液面提拉法排列两维聚苯乙烯小球晶体，所述聚苯乙烯小球直径为600～1300nm；所述大气环境的温度以20～25℃为佳；

步骤3：将排列好的两维聚苯乙烯小球晶体放入安装有磁控溅射设备的样品生长腔，并对样品生长腔抽真空，其真空度为3×10^-5～8×10^-5Pa；

步骤4：在真空的样品生长腔中通入氩气，将氩气压力控制在0.45～0.55Pa；

步骤5：启辉所述磁控溅射设备的Au靶，采用直靶磁控溅射方法，在排有聚苯乙烯小球晶体的玻璃衬底上生长金属Au层，所述Au靶溅射速率为0.35～0.45nm/s；当所生成的金属Au层厚度达到5～50nm时，关闭Au靶；

步骤6：启辉所述磁控溅射设备的Co靶，溅射生长磁性层Co，所述Co靶溅射速率为0.15～0.18nm/s；当所生成的磁性层Co厚度达到5～50nm时，关闭Co靶；

步骤7：静置一小时后，关闭氩气，打开样品生长腔，取出制备的复合磁性材料。

一种上述增强型复合磁性材料的应用：将所述磁性材料表面覆盖一层生物试剂，利用所述磁性材料表面的电介质环境发生变化时，磁光克尔谱被调制的波长区域将发生移动的特性，实时将生物过程的变化信息传送至监控装置。