[发明专利]硅三聚体纳米光镊结构及纳米颗粒捕获移动的方法

说明书

本发明公开了硅三聚体纳米光镊结构及纳米颗粒捕获移动的方法，包括用于吸收激光光场中产生的焦耳热的硅基底；位于基底上，用于与激光作用形成局域电场，将纳米颗粒进行捕获的硅三聚体；用于与硅三聚体作用产生消逝场的平面光波。计算纳米颗粒在硅三聚体纳米光镊结构所在光场的电场增强分布，光力和势能可以定量分析被捕获纳米颗粒的最小尺寸以及捕获位置。改变激光的偏振可以实现硅三聚体中热点位置的变换，从而改变硅三聚体中纳米颗粒的捕获位置，实现纳米颗粒在硅三聚体中移动的功能。实现了纳米级别的微观颗粒操纵，有利于应用到操纵手性粒子，进行纳米级别的测量。

技术领域

本发明属于光操纵技术领域，特别是涉及一种硅三聚体纳米光镊结构及纳米颗粒捕获移动的方法。

背景技术

光镊具有无机械损伤和无接触操纵的特点，能在三维空间中对微粒进行操纵，也可以直接测量微小力、扩散系数、微粒材料折射率，控制DNA拉伸、病毒筛选以及对细胞形变的研究等，这些优点使得光镊在现代医学、生物、化学、物理等领域上有着重要的应用。

然而，金属纳米光镊进行颗粒捕获时存在严重的光热效应问题，由于金属在光学频率上的强吸收损耗，等离子体纳米光镊会出现焦耳热，这通常会降低捕获的稳定性。会导致热泳和对流，甚至导致在捕获点水的沸腾，样品在高强度下会出现损伤。

金属纳米结构中的局域表面等离激元共振具有独特的光学特性，能够使原来均匀分布的光场在某些结构表面的强度增强数倍，导致形成光学势阱，让附近随机运动的纳米颗粒被捕获在这些光场局域增强位置，形成光镊。但是，金属材质本身具有较大的非辐射损耗(例如欧姆损耗)限制了其相关应用性能的进一步提高。于是，有研究提出，可以用介电材料制造纳米结构，取代金属纳米结构，介电材料具有高折射率、低损耗的特点，才能既实现光场的局域增强，又有较低的热损耗（非辐射损耗）。

近年来，人们发现高折射率低损耗的介电纳米结构中的光学共振同样可以突破衍射极限，在亚波长尺度上实现对入射光的操纵。

介电纳米光镊是采用介电纳米结构形成光学捕获功能的光镊，是相对于金属纳米光镊和在介电材料表面镀有部分金属层的纳米光镊来说的。介电纳米光镊相对于等离子体纳米光镊的两个关键优势是：首先，由于低吸收损耗，纳米天线产生的热量很低，温度升高非常小。第二，介电纳米光镊具有强电谐振和强磁谐振两种热点。

同时，除了捕获纳米颗粒，利用纳米结构进行光场调制，可以实现运输，旋转，排列组装等微纳米级别物质，改变硅三聚体纳米光镊结构的光场能够拓展介电材料光操纵功能的多样性。因此，利用介电材料设计出一种既能避免热损伤又具有快速高效捕获能力的光操控结构和方法是非常有意义的事情。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种硅三聚体纳米光镊结构，能够实现低热吸收，对捕获物质无热损伤，可以稳定捕获纳米颗粒，并且可以移动运输纳米颗粒，解决了光操纵领域热损伤的问题以及填补了介电结构移动运输纳米颗粒的空白。

本发明实施例的另一目的是提供一种纳米颗粒捕获移动的方法。

本发明所采用的技术方案是，硅三聚体纳米光镊结构，用于形成近场消逝波，利用局域场增强捕获纳米颗粒。

进一步的，包括硅基底，用于吸收激光光场中产生的焦耳热，并且作为硅三聚体纳米光镊结构的基底；

硅三聚体，位于基底上，用于与激光作用形成局域电场，将纳米颗粒进行捕获；

平面光波，用于产生激光并与硅三聚体作用产生消逝场；

纳米颗粒，用于计算的被捕获的纳米颗粒。

进一步的，所述硅三聚体，包括三个硅圆柱组成的硅三聚体，硅圆柱直径和高为200nm，两两相聚的圆心距离为250nm。

进一步的，所述硅三聚体纳米光镊结构处在水的环境中。