[发明专利]一种宽谱超快非线性光学响应性能的多层金属陶瓷薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宽谱超快非线性光学响应性能的多层金属陶瓷薄膜，自基底向外依次包括第一金属纳米线阵列‑陶瓷复合层、第一陶瓷层、第二金属纳米线阵列‑陶瓷复合层、第二陶瓷层、直至第n金属纳米线阵列‑陶瓷复合层和第n陶瓷层，所述的第n陶瓷层为陶瓷钝化层，所述的2≤n≤5；所述的金属纳米线包括金、铂、银、铜或铝纳米线；所述的陶瓷包括氧化物、氮化物、碳化物或硼化物；所述陶瓷钝化层为氧化物、氮化物、碳化物或硼化物钝化层。该方法的优势在于对衬底材料导电能力不作要求，在绝缘、导电、半导体等各类型衬底上均可制备，便于复合薄膜与其它功能部件集成制备，拓宽超快非线性光学响应薄膜的应用空间。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种宽谱超快非线性光学响应性能的多层金属陶瓷薄膜。

背景技术

在信息时代，信息需求的爆炸式增长，要求集成电路具有更快地计算速度和更小的尺寸。然而伴随着集成电路的微型化，信号响应时间开始长于信号飞行时间，这可能制约摩尔定律的延续，因而通过光互连的具有高响应速率的等离子体“集成光路”引起人们的关注，成为新的发展方向。在各种等离子体集成光路器件中，具有超快光信号响应的光开关是其核心技术。

金属纳米颗粒与光作用时会产生表面等离子体共振(Surface PlasmonResonance:SPR)，这种效应会引起其周围局域电场增强，而局域场反过来又会与金属颗粒交互作用。纳米金属-陶瓷复合材料常利用这种局域增强的电场来提高材料自身的非线性光学效应及光响应速率。通常采用飞秒脉冲激光器检测上述复合材料的瞬态吸收光谱，可以获知其光响应速率。泵浦脉冲激光入射金属纳米颗粒后，被激发粒子回归到稳定态，所经历的弛豫时间即为对光信号的响应时间。贵金属纳米线具有突出的结构各向异性，这使得其长轴方向上的表面等离子体共振与结构各向同性纳米颗粒的共振相比，呈现出更高阶的耦合共振现象，且其近场增强电磁场的分布具有明显的非局域化特性。一般金、银等金属纳米颗粒的弛豫时间均在数十到数百个皮秒，其弛豫过程主要通过电子-声子耦合以及声子-声子耦合过程来释放能量。而金、银等贵金属纳米阵列利用其电场的非局域性，可以通过新增的波导模式快速释放能量，缩短弛豫时间至皮秒量级。金属纳米线阵列与陶瓷基体复合而成的薄膜材料，在具备纳米线超快光响应时间优势的同时，陶瓷基体可提供支撑保护，并可实施外介电环境调控。

公开号为CN1414133A的中国专利文献公开了一种氮化物或氧化物金属陶瓷薄膜及其制造方法和装置，所述的金属陶瓷薄膜是一种多层复合薄膜，其中包埋有Nb或Ti金属及其合金团簇。

公开号为CN 104553139A的中国专利文献公开了一种金属陶瓷复合结构的纳米多层膜及其制备方法，所述金属陶瓷复合结构的纳米多层膜由顺次排序的第一金属亚层、第一陶瓷亚层、第二金属亚层、第二陶瓷亚层、直至第m金属亚层和第m陶瓷亚层组成，每一金属亚层由多层调制周期金属层构成，每一调制周期金属层由金属TiAl层和金属Cr层构成。

目前陶瓷-金属纳米线复合材料大部分需借助模板来进行制备，具体方法包括：电化学沉积法和化学液相沉积等。然而这些方法却存在诸多不足，比如，制备工艺复杂、工艺可控性差且对环境不友好等问题，同时不适合大面积制备。更为重要的是上述制备方法的不足很大程度上限制了陶瓷-金属纳米线复合材料与其它功能部件的集成制备，使得陶瓷-金属纳米线复合材料的进一步应用受限。

发明内容

本发明提供了一种宽谱超快非线性光学响应性能的多层金属陶瓷薄膜及其制备方法，其在可见光和近红外波段范围内的宽谱具有超快非线性光学响应，且响应波段位置易于调控。

本发明的技术方案为：

一种宽谱超快非线性光学响应性能的多层金属陶瓷薄膜，自基底向外依次包括第一金属纳米线阵列-陶瓷复合层、第一陶瓷层、第二金属纳米线阵列-陶瓷复合层、第二陶瓷层、直至第n金属纳米线阵列-陶瓷复合层和第n陶瓷层，所述的第n陶瓷层为陶瓷钝化层，所述的2≤n≤5；