[发明专利]一种调控石墨烯等离激元传输距离的方法

说明书

本发明公开了一种调控石墨烯等离激元传输距离的方法，所述方法通过控制石墨烯层与基底层的不同距离，进而调控等离激元电场与基底的介电性质相互耦合的强弱，从而实现原位调控石墨烯等离激元的传输距离。所述方法能够调控石墨烯与基底的距离范围从0纳米到几百微米的范围；在几纳米至几百纳米的范围内，可以通过在石墨烯和基底之间充入气体的方法实现原位调控等离激元的传输距离；本发明中距离变化是连续的，因而可以对传输距离进行连续调控；所述方法简单易行且成本低。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料和表面等离激元领域，特别涉及一种通过调控石墨烯与基底之间的距离调控其传输距离的方法。

背景技术

石墨烯是一种碳原子以SP²杂化形成的六边形蜂窝状晶格结构，它是一种单原子层的二维材料。石墨烯具有特殊的狄拉克线性能带结构，其载流子是特殊的无质量狄拉克费米子。因而石墨烯具有优异的电学、光学和热学性质。

石墨烯等离激是在石墨烯这种单原子层材料上支持的电磁模式。其在中红外太赫兹波段响应，传输距离相比入射光的传输距离压缩可达100倍，因而伴随着极高的场束缚效应。此外，石墨烯还具有电学可调的载流子浓度，因而能够实现等离激元传输距离的动态调控，这是其区别金属等离激元最为重要的性质。石墨烯等离激元的这些独特性质，使得其在深亚传输距离超材料、生物化学传感器以及光传输等诸多方向具有潜在应用价值。

由于石墨烯是一种平面二维材料，其性质(特别是电学和光学性质)容易受到支撑基底的影响。不同的基底材料支持的石墨烯等离激元模式具有不同的性质，通过更换基底材料可实现调控石墨烯等离激元的不同性质。基底的介电性质对石墨烯的传输距离具有重要的影响。如何提高和有效控制石墨烯等离激元的传输距离，是实现等离激元传输应用的关键问题。

发明内容

针对以上出现的问题，本发明提供一种调控石墨烯等离激元传输距离的方法。

本发明的技术方案：一种调控石墨烯等离激元传输距离的方法，所述方法通过控制石墨烯层与基底层的不同距离，来调控等离激元空间电场感应到所述基底层的介电性质，从而实现原位调控石墨烯等离激元的传输距离。

优选的，在所述石墨烯层与基底层设置气体层，所述气体选自选自空气、氮气等惰性气体、稀有气体、氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、三氧化二氮、二氧化硫、三氧化硫。

优选的，所述基底层的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述基底层的几何尺寸为1μm-5cm，厚度为100nm-5cm；

优选的，所述基底层包括1个或多个孔结构，其中孔以阵列形式排布，所述孔之间的间距为10nm-4cm，孔径为1nmm-5cm。

优选的，所述基底层的材料包括无机介电材料，金属材料，有机高分子材料。

优选的，所述无机介电材料选自二氧化硅、硅、石英、蓝宝石、锗、氧化铝、氮化硼、氟化钙、氟化镁、砷化镓、氮化镓；所述金属材料选自铁、铝、铜、金、银、铂、钢；所述有机高分子材料基底选自PET、PMMA、PDMS和塑料。

优选的，所述石墨烯层包括单层石墨烯和多层石墨烯，其中多层石墨烯层的层数在2～50层范围内。

一种制备实现所述的调控石墨烯等离激元传输距离的方法的等离激元器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1)：选取基底层材料，并制备所述基底层；

步骤2)：在所述基底层上制备孔结构；

步骤3)：将样品石墨烯层置于所述基底层上，并覆盖孔成为悬空石墨烯层；

步骤4)：将所述石墨烯层底下的孔中压强进行改变，从而改变所述石墨烯层的几何形状，调控其与基底层的间距；