[发明专利]切伦科夫辐射器件、制备方法及提取辐射的方法

说明书

本发明公开了切伦科夫辐射器件、制备方法及提取辐射的方法。该切伦科夫辐射器件包括：金属周期纳米狭缝结构；双曲超材料结构，所述双曲超材料结构设置在所述金属周期纳米狭缝结构的上表面；电子发射源，所述电子发射源设置在所述双曲超材料结构的上表面，所述电子发射源包括阳极、阴极以及栅极。该切伦科夫辐射器件无需高电压，利用双曲超材料中光的相速度可以比传统材料降低几个量级的特点，从而将切伦科夫辐射产生所需要的电子飞行速度极大地降低，进而降低了切伦科夫辐射器件的生产成本，提高了其安全性能。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体的，涉及切伦科夫辐射器件、制备方法以及提取切伦科夫辐射的方法。

背景技术

切伦科夫辐射(Cherenkov Radiation，CR)是一种当飞行的带电粒子速度大于周围介质中的光的相速度时产生的一种电磁辐射。切伦科夫辐射在众多科学领域都有重要作用。切伦科夫辐射源具有功率高、频谱范围大等优点，各式各样的切伦科夫辐射器件的研究吸引了世界范围内众多研究者。在生物医学中，利用放射性元素标记的生物组织产生带电粒子，在生物体中激励起切伦科夫辐射，可以用于被标记的细胞的检测。在实验物理中，根据切伦科夫辐射原理设计的粒子计数器被应用于宇宙高能粒子的探测。而目前的切伦科夫辐射器件，需要使用较高的电压将电子加速，进而产生切伦科夫辐射。然而上述切伦科夫辐射器件从实现条件、安全性、稳定性以及成本上，均难以满足诸多实际应用的要求。

因此，目前的切伦科夫辐射器件以及提取切伦科夫辐射的方法仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

发明人经过深入研究以及大量实验发现，目前的切伦科夫辐射器件需要高压将电子加速，主要是由于只有当飞行的带电粒子速度大于周围介质中的光的相速度时，才能够产生切伦科夫辐射。而如果要降低切伦科夫辐射器件所需的电压，则电子飞行速度相应降低，进而无法产生切伦科夫辐射。发明人经过深入研究发现，如要降低切伦科夫辐射源中所需的飞行电子的动能，则必须要降低飞行的电子周围的介质中的光的相速度。

本发明旨在一定程度上解决相关的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种切伦科夫辐射器件。该切伦科夫辐射器件无需高电压，利用双曲超材料中光的相速度可以比传统材料降低几个量级的特点，从而将切伦科夫辐射产生所需要的电子飞行速度极大地降低，进而降低了切伦科夫辐射器件的生产成本，提高了其安全性能。

本发明提出了一种切伦科夫辐射器件。根据本发明的实施例，该切伦科夫辐射器件包括：基底；金属周期纳米狭缝结构，所述金属周期纳米狭缝结构设置在所述基底的上表面上；双曲超材料结构，所述双曲超材料结构设置在所述金属周期纳米狭缝结构的上表面；电子发射源，所述电子发射源设置在所述双曲超材料结构的上表面，所述电子发射源包括阳极、阴极以及栅极。该切伦科夫辐射器件无需高电压，利用双曲超材料中光的相速度可以比传统材料降低几个量级的特点，从而将切伦科夫辐射产生所需要的电子飞行速度极大地降低，为低电压下产生切伦科夫辐射提供了可能，可以有效拓宽切伦科夫辐射计数器的探测范围，并可以基于切伦科夫辐射实现片上自由电子光源。

根据本发明的实施例，所述金属周期纳米狭缝结构的厚度为40～150nm；所述金属周期纳米狭缝结构的周期为400～800nm；所述金属周期纳米狭缝结构的占空比为0.12～0.4。由此，可以提高对切伦科夫辐射的耦合效率。

根据本发明的实施例，所述双曲超材料结构包括多个第一介质层以及多个第二介质层，所述第一介质层以及所述第二介质层交替堆叠设置，所述双曲超材料结构中所述第一介质层以及第二介质层的层数均为10～30。具有上述材料的双曲超材料结构，其两层材料的结合应使得沿平行介质层方向和垂直介质层方向的等效介电常数的符号相反，电磁波的等频率波矢图为双曲线。由此，可以形成能够在低电子能量条件下产生切伦科夫辐射的双曲超材料结构。

根据本发明的实施例，所述第一介质层的厚度为2～40nm。