一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法技术

本发明专利技术公开了一种激发极化激元反向切伦科夫辐射(CR)的方法，涉及纳米光源和电子激发技术领域，包括：S1.在芯片基底制备支持负群速度色散的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料；S2.基于制备的双曲极化激元材料，利用运动的带电粒子激发极化激元反向CR；S3.将运动的带电粒子放置于双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料表面，当运动的带电粒子波矢与极化激元满足波矢匹配条件，则发生反向CR。本发明专利技术1)使用纳米线的等离激元模仿运动的带电粒子可以有效地激发极化激元反向CR；2)可以在其他基于双曲极化激元材料的异质结构中进一步调节。进一步调节。进一步调节。

【技术实现步骤摘要】
一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法


[0001]本专利技术涉及纳米光源和电子激发
，尤其涉及一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法。

技术介绍

[0002]在片上光子回路中，实现突破衍射极限的纳米光源至关重要。切伦科夫辐射(Cherenkov Radiation，CR)是由介质中移动速度快于光速的带电粒子发射的电磁辐射，具有超宽的频率覆盖范围(从微波到紫外线)。正向CR呈锥形发射，其辐射方向(能流方向)与快速移动的带电粒子运动方向为锐角，会导致辐射信号与带电粒子信号相互干扰；为了将带电粒子产生的光辐射与激发粒子分离，反向CR提供了解决方案。通过设计具有负折射率或负群速度色散的材料，带电粒子在介质中的辐射方向与快速移动的带电粒子运动方向为钝角。1968年，Veselago理论上预测反向CR可在具有负折射率(即同时具有负介电常数和磁导率)的左手介质中实现。在微波频段，反向CR在人工左手介质中被实验证明。但在红外频段，由于左手超构材料的结构单元设计复杂且散射损耗较大，因此难以实现高效可调的切伦科夫辐射，限制了其广泛的应用。
[0003]近年来，具有低损耗的双曲声子极化激元响应和负群速度色散的双折射晶体，能大幅减慢介质内光的速度，有利于降低反向CR激发所需带电粒子的速度阈值，为光学频率下的反向CR提供了竞争平台。目前，基于负群速度色散的双曲极化激元材料的反向CR在理论上已经被预测。然而，由于快速移动的粒子和极化激元之间的动量失配较大，因此尚未在实验中观测到双曲极化激元的反向CR现象。
[0004]因此，提出一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，可以借助运动带电粒子或者传导型等离激元模仿运动带电粒子，有效地激发了I型声子极化激元反向CR。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，包括以下步骤：
[0008]S1.在芯片基底制备支持负群速度色散的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料；
[0009]S2.基于制备的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料，利用运动的带电粒子激发反向CR；
[0010]S3.将运动的带电粒子放置于双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料上方，当运动的带电粒子波矢与极化激元满足波矢匹配条件，则发生反向CR。
[0011]上述的方法，可选的，S1中芯片基底材料包括但不限于SiO2、Si、Au、Ag、Cu、Ni、铌
酸锂、玻璃。
[0012]上述的方法，可选的，S1中双曲极化激元材料具有负群速度色散，包括但不限于MoO3、hBN、石墨烯、Bi2Se3、Bi2Te3、WS2、TaS2、TiS2、WSe2、TaSe2、TiSe2、SnS2、HfS2、PdS2，厚度为0
‑
5000nm。
[0013]上述的方法，可选的，S1中双曲极化激元异质结为双曲极化激元材料和介质共同构筑的；
[0014]介质包括但不限于石墨烯、h
‑
BN、WS2、MoS2、HfO2、SiO2、Al2O3、CaF2、MgF2；
[0015]介质厚度为0
‑
100nm。
[0016]上述的方法，可选的，可类比的运动带电粒子包括但不限于隧穿电子、电子束、具有极化激元响应的天线。
[0017]上述的方法，可选的，具有极化激元响应的天线包括但不限于Au纳米线、Ag纳米线、BN纳米带、BN纳米管、碳管、石墨烯纳米条带、MoO3纳米线和MoO3纳米带。
[0018]上述的方法，可选的，通过改变运动的带电粒子或具有极化激元响应的天线与双曲极化激元材料夹角改变反向CR的对称性；通过改变运动的带电粒子与双曲极化激元材料间的介质种类或厚度改变反向CR的辐射角度、辐射效率，从而优化反向CR的性能。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，使用运动的带电粒子或纳米线的极化激元模仿运动的带电粒子可以有效地激发极化激元反向CR，频率范围取决于双曲极化激元材料具有负群速度色散响应的频段；对反向CR的实空间图像的进一步研究表明，辐射分布和反向CR角度与双曲极化激元材料的平面等频率轮廓(IFCs)密切相关，可以在其他基于双曲极化激元材料的异质结构中进一步调节；这种器件设计和实验研究方法可以通用地应用于其他材料；此外，通过构建异质结，有可能将不同材料的反向CR工作频段集成在一起；这种基于声子极化激元反向CR纳米光源的专利技术为纳米成像、光学传感和纳米尺度能量转移的应用提供了一种有效的方法。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术提供的一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的s
‑
SNOM测试示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的反向CR的典型s
‑
SNOM近场分布图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的无CR的典型s
‑
SNOM近场分布图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的反向CR和无CR的极化激元干涉条纹强度对比图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]参照图1所示，本专利技术公开了一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，包括以下步骤：
[0028]S1.在芯片基底制备支持负群速度色散的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料；
[0029]S2.基于制备的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料，利用运动的带电粒子激发反向CR；
[0030]S3.将运动的带电粒子放置于双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料上方，当运动的带电粒子波矢与极化激元满足波矢匹配条件，则发生反向CR。
[0031]进一步的，S1中芯片基底材料包括但不限于SiO2、Si、Au、Ag、Cu、Ni、铌酸锂、玻璃。
[0032]进一步的，S1中双曲极化激元材料具有负群速度色散，包括但不限于MoO3、hBN、石墨烯、Bi2Se3、Bi2Te3、WS2、TaS2、TiS2、WSe2、TaSe2、TiSe本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在芯片基底制备支持负群速度色散的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料；S2.基于制备的双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料，利用运动的带电粒子激发反向CR；S3.将运动的带电粒子放置于双曲极化激元材料或双曲极化激元异质结材料上方，当运动的带电粒子波矢与极化激元满足波矢匹配条件，则发生反向CR。2.根据权利要求1所述的一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，其特征在于，S1中芯片基底材料包括但不限于SiO2、Si、Au、Ag、Cu、Ni、铌酸锂、玻璃。3.根据权利要求1所述的一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，其特征在于，S1中双曲极化激元材料具有负群速度色散，包括但不限于MoO3、hBN、石墨烯、Bi2Se3、Bi2Te3、WS2、TaS2、TiS2、WSe2、TaSe2、TiSe2、SnS2、HfS2、PdS2，厚度为0
‑
5000nm。4.根据权利要求1所述的一种激发极化激元反向切伦科夫辐射的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴庆，吴晨晨，郭相东，杨晓霞，张姝，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：