[发明专利]基于二氧化钒相变动态可调的蝴蝶结纳米天线装置及方法

权利要求书

1.一种基于二氧化钒相变动态可调的蝴蝶结纳米天线装置，其特征在于，包括：形成于衬底上的二氧化钒薄膜；形成在二氧化钒薄膜上的介质薄膜；以及由周期性排布于介质薄膜上的蝴蝶结金属单元组成的金属天线层；所述蝴蝶结金属单元被构造为由两个镜向对称的结构组成；所述金属天线层用于激发局域表面等离激元，其材料为金；所述金属天线层在近红外波段共振波长的变化响应于二氧化钒薄膜在相变过程中折射率的变化。

2.如权利要求1所述的蝴蝶结纳米天线装置，其特征在于，所述结构为等腰三角形、等边三角形、等腰梯形或扇形。

3.如权利要求1所述的蝴蝶结纳米天线装置，其特征在于，所述二氧化钒薄膜的厚度为50～200nm，所述介质薄膜的厚度为10～50nm，所述金属天线层的厚度为20～100nm；所述结构之间的间隙为5～80nm；所述蝴蝶结金属单元的排列周期为500～1000nm；所述结构中，轴对称的两边的边长为100～400nm。

4.如权利要求3所述的蝴蝶结纳米天线装置，其特征在于，所述二氧化钒薄膜的厚度为90～110nm，所述介质薄膜的厚度为20～40nm，所述金属天线层的厚度为40～60nm；所述结构之间的间隙为10～60nm；所述蝴蝶结金属单元的排列周期为600～800nm；所述结构中，轴对称的两边的边长为200～300nm。

5.如权利要求1所述的蝴蝶结纳米天线装置，其特征在于，所述介质薄膜为二氧化硅、氧化铝、氟化镁中的任意一种。

6.一种纳米天线共振波长的调节方法，其特征在于，采用权利要求1至5任意一项所述的基于二氧化钒相变动态可调的蝴蝶结纳米天线装置，通过激发二氧化钒相变来调节金属天线层的共振波长；具体包括：通过改变二氧化钒薄膜的温度来激发二氧化钒相变，在所述二氧化钒相变过程中，二氧化钒薄膜的折射率随温度变化，进而导致金属天线层在近红外波段的共振波长随温度连续变化；所述温度变化范围为20～80度，包括端点值。

7.如权利要求6所述有的调节方法，其特征在于，激发二氧化钒相变的方法包括直接加热法、光激发法和电场激发法。

8.一种用于制备如权利要求1至5任意一项所述的基于二氧化钒相变动态可调的蝴蝶结纳米天线装置的方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、在衬底上制备一层钒薄膜，经氧气退火后形成二氧化钒薄膜；

S2、在所述二氧化钒薄膜上镀上一层介质薄膜；

S3、在所述介质薄膜上制备由周期性排布的蝴蝶结金属单元组成的金属天线层。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述步骤S1具体包括：采用电子束蒸发在衬底上制备钒薄膜，镀膜时，气压控制在1×10^-7～2×10^-5Torr；将制得的钒薄膜进行氧气退火处理，退火时氧气压强控制在8～12Pa，退火温度为430～470℃，退火时间不小于60分钟；退火后冷却到室温即，得到二氧化钒薄膜；

所述步骤S2具体包括：采用电子束蒸发在得到的二氧化钒薄膜上镀介质薄膜，镀膜时，上下仓内气压为10^-5Torr；

所述步骤S3具体包括：在所述介质薄膜上旋涂一层电子束胶；利用电子束刻蚀技术在所述电子束胶上制备蝴蝶结金属单元的反结构；利用电子束蒸发在所述介质薄膜表面镀上金属；利用除胶液除去未刻蚀部分的电子束胶，得到由周期性排布的蝴蝶结金属单元组成的蝴蝶结纳米天线装置。