[发明专利]一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统

说明书

本发明实施例提供一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统，自旋生物传感器包括衬底、超材料阵列层和铁磁结构层；所述超材料阵列层和所述铁磁结构层分别位于所述衬底的两侧，或所述超材料阵列层和所述铁磁结构层位于所述衬底的同一侧，且所述超材料阵列层和所述铁磁结构层间还设有钝化层，所述超材料阵列层位于最外层。采用铁磁材料作为发生器件，在保证发射功率的情况下大幅降低了成本，超材料直接制作在发生器件表面，探测器件紧贴发射源，省去了复杂的光路设计，实现了太赫兹生物传感器的集成化。

技术领域

本发明实施例涉及生物传感技术领域，尤其涉及一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波是指频率范围在0.1-10THz，相应的波长在3mm-30μm，频段介于毫米波和红外光学之间。基于超快激光的太赫兹时域光谱技术的发展，推动了太赫兹技术快速的发展，太赫兹辐射的光子能量很低，因此可以实现对被测物质的无损检测；同时很多生物大分子的振动和转动能级都处于太赫兹波段，因而，可以通过特征共振对物质进行探测和指纹分辨。

自旋电子学(Spintronics)起源于1988年，法国南巴黎大学的费尔教授与德国尤利西研究所的格林贝格尔博士在纳米磁性薄膜中发现巨磁阻效应(Gaint MagneticResistance:GMR),其本质是在电子的输运过程中除利用电子的电荷属性外，同时利用其自旋属性进行信息的传输，因此运算与存储可在固体内部有机地结合在一起,从而有利于器件高度集成化、能耗降低及运算速度提高。利用电子自旋属性,发展新型信息器件，将成为新兴信息工业革命性的发展方向。随着自旋电子相关材料及器件的制备工艺的不断成熟,自旋电子器件很有可能替代半导体器件,成为下一代计算机的关键技术,是集成电路的未来发展方向之一。

超材料(Metamaterial),又称人工特异性材料,是由一种人工制造微纳级尺寸单元按照一定规律进行排列分布的人工电磁媒质。其工作原理大致可概述为由于单元尺寸要小于工作频段的波长，因此相对于工作波长而言可看作为一种性能均匀的材料。超材料相较于自然材料的最显著优点是完成可以通过人工设计实现对材料本身的属性参数(以介电常数和磁导率为主)进行调节，从而获得优于甚至区别于自然材料的特性。如今超材料已有诸多广泛应用，如隐身涂层，完美透镜以及超材料天线等。

生物传感器是由生物元件与物理和化学换能器件构成的分析装置，属于典型的交叉学科和汇聚技术。生物传感器具有快速、准确、简便的特点，并借助微阵列平台技术(生物芯片)实现了高通量分析，在生命科学研究、疾病诊断和监控、生物过程控制、农业与食品安全、环境质量监控等领域有广阔的应用前景。目前主要通过光电导天线发生太赫兹，然而价格昂贵，且现有太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)需要搭建复杂的光路，难以实现太赫兹检测的集成化，这都限制了太赫兹的生物医学领域的进一步应用。

发明内容

本发明实施例提供一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统，省去了复杂的光路设计，实现了太赫兹生物传感器的集成化。

第一方面，本发明实施例提供一种自旋生物传感器，包括衬底、超材料阵列层和铁磁结构层；

所述超材料阵列层和所述铁磁结构层分别位于所述衬底的两侧，或

所述超材料阵列层和所述铁磁结构层位于所述衬底的同一侧，且所述超材料阵列层和所述铁磁结构层间还设有钝化层，所述超材料阵列层位于最外层。

作为优选的，所述铁磁结构层至少包括两层。

作为优选的，所述衬底为硅、玻璃、砷化镓、聚酰亚胺，聚二甲基硅氧烷或聚甲基戊烯。

作为优选的，还包括中空盖层，所述中空盖层的中空部分设有微流通道；所述中空盖层连接所述衬底。