一种手性信号调控装置

1.本发明涉及手性结构技术领域，具体涉及一种手性信号调控装置。

背景技术：

2.手性是指一个结构的镜像无法与其本身相重合的一种结构特征。手性结构由于其特殊的电磁性质和光学特性而得到广泛的关注和研究。除自然界的手性材料外，人造手性结构实现了特殊的性质，例如负折射率、圆二性、偏振旋转灯，使得手性结构制备称为了电磁学和光学领域的前沿课题。
3.研究者应用激光直写、电子束曝光、电子束蒸发倾斜角沉积、dna模板等方法制备手性结构。但是，手性结构一旦被制备后，其手性信号将不易进行调节。
4.为调节手性结构的手性信号，研究者采用相变材料，在外界电场或磁场作用下，材料内部的温度上升导致内部结构由非晶态向晶态转化，或由晶态向非晶态转化，导致折射率改变，从而改变结构的手性信号。例如，授权专利cn111965849b公开了一种基于gst相变材料温度控制的可控手性结构及控制方法：该结构由周期性单元组成，每个单元由gst微纳结构、二氧化硅薄膜和金衬底构成，通过在二氧化硅膜上制备具有手性的gst阵列，在近红外波段实现了圆二性，通过改变gst的温度实现了对圆二性的调节。在基于相变材料的手性信号调控中，温度、电场、磁场等外界因素对相变材料的折射率改变小，导致手性结构的手性信号改变幅度小，探索基于新原理、新机制的手性信号调控装置，具有重要的实用价值。

技术实现要素：

5.为解决以上问题，本发明提供了一种手性信号调控装置，包括基底层、导光层、腔壁、手性结构、水溶液、聚苯乙烯小球、凸起；导光层置于基底层上，腔壁置于导光层的四周并围成容器；在容器内，凸起周期性分布在导光层上；手性结构置于凸起的顶面上；水溶液置于容器内，聚苯乙烯小球置于水溶液内。相比于应用相变材料，本发明提供了另外一种调控手性信号的构思，即利用光泳现象改变聚苯乙烯小球在手性结构附近的位置，改变手性结构附近的介电环境，从而实现手性信号调控。本发明所述的手性信号指圆二性信号。其他手性信号，例如非对称传输、偏振态转化，具有类似的性质。
6.更进一步地，基底层的材料为二氧化硅。选择基底层的材料为二氧化硅，便于可见光穿过。这样一来，可以在本发明的顶部照射入射光，在本发明的底部接收出射光，也就是通过出射光的差异确定手性信号，或实现手性信号。
7.更进一步地，水溶液为去离子水溶液。去离子水溶液的导电能力差，离子含量少，便于聚苯乙烯小球在水溶液内移动。
8.更进一步地，手性结构的材料为贵金属。更进一步地，贵金属为金或银。贵金属手性结构能够实现强圆二性。另外，手性结构的材料还可以选择为半导体材料，例如硅；手性结构的材料还可以选择为相变材料，例如gst和二氧化钒。
9.更进一步地，导光层的材料为红外透光材料。在导光层输入红外光，红外光传播进入凸起，从凸起的侧面出射，进入水溶液，照射水溶液内的聚苯乙烯小球，使得聚苯乙烯小球产生光泳现象。
10.更进一步地，导光层的材料为硒化锌。硒化锌对红外光的吸收少，另外对较长波长的可见光的吸收也少，不仅可以透过红外光，而且可以让可见光穿过，便于探测本发明的手性信号。
11.更进一步地，手性结构为l形手性结构。当光泳现象发生时，改变了l形手性结构两臂的介电环境，从而改变了l形手性结构的圆二性。
12.更进一步地，凸起的顶面为矩形，l形手性结构的一臂平行于矩形的边。当光泳现象发生时，更多地改变l形手性结构的圆二性。
13.更进一步地，l形手性结构的两臂与矩形两边的距离不相等。当光泳现象发生时，更多地改变l形手性结构的圆二性。
14.本发明的有益效果：本发明提供了一种手性信号调控装置，包括基底层、导光层、腔壁、手性结构、水溶液、聚苯乙烯小球、凸起；导光层置于基底层上，腔壁置于导光层的四周并围成容器；在容器内，凸起周期性分布在导光层上；手性结构置于凸起的顶面上；水溶液置于容器内，聚苯乙烯小球置于水溶液内。本发明利用光泳现象，改变聚苯乙烯小球在手性结构附近的位置，改变手性结构附近的介电环境，从而实现手性信号调控。相比于应用相变材料，本发明具有手性信号调控幅度大的优点，在手性信号调控领域具有良好的应用前景。
15.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是一种手性信号调控装置的示意图。
17.图2是一种手性结构在凸起顶面布置的示意图。
18.图3是又一种手性结构在凸起顶面布置的示意图。
19.图4是又一种手性信号调控装置的示意图。
20.图中：1、基底层；2、导光层；3、腔壁；4、手性结构；5、聚苯乙烯小球；6、红外光反射层；22、凸起。
具体实施方式
21.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术作进一步详细说明。
22.实施例1
23.本发明提供了一种手性信号调控装置，如图1所示，包括基底层1、导光层2、腔壁3、手性结构4、水溶液、聚苯乙烯小球5、凸起22。导光层2置于基底层1上。基底层1的材料为二氧化硅。导光层2的材料为红外透光材料。通过物理气相沉积的方法在基底层1上制备导光层2，具体的沉积方式可以材料电子束蒸发镀膜或者磁控溅射镀膜。腔壁3置于导光层2的四周并与导光层2围成容器。在容器内，凸起4周期性分布在导光层2上；手性结构4置于凸起22的顶面上；水溶液置于容器内，聚苯乙烯小球5置于水溶液内，水溶液的高度大于手性结构4
的高度。腔壁3的厚度不做限制，腔壁3的高度大于手性结构4的高度和水溶液的高度，以便于聚苯乙烯小球5设置在水溶液中。优选地，腔壁3的材料为不透光材料，具体地，腔壁3的材料为陶瓷材料。制作时，将腔壁3粘附在导光层2上。
24.应用时，在导光层2输入红外光，红外光传播进入凸起22，从凸起22的侧面出射，进入水溶液，照射水溶液内的聚苯乙烯小球5，使得聚苯乙烯小球5产生光泳现象，改变聚苯乙烯小球5在手性结构4附近的位置，改变了手性结构4附近的介电环境，从而实现手性信号调控。相比于应用相变材料，从介电环境角度出发调控手性信号，聚苯乙烯小球5的位置对手性结构4的手性信号的调控幅度大，在手性信号调控领域具有良好的应用前景。相比于应用相变材料，本发明提供了调控手性信号的新构思。
25.测量手性结构的手性信号时，入射光从图1中的上侧照射，从图1中的下侧接收出射光。将基底层1的材料选择为二氧化硅，便于可见光穿过，可以在本发明的顶部照射入射光，在本发明的底部接收出射光，也就是通过出射光的差异确定手性信号，或观测手性信号。
26.当然，也可以探测手性结构的反射光谱，测量手性结构针对不同圆偏振光的反射特性。
27.在本实施例中，水溶液选择为去离子水溶液。去离子水溶液的导电能力差，离子含量少，便于聚苯乙烯小球5在水溶液内移动，更灵敏地调控聚苯乙烯小球5在水溶液中的位置，从而更灵敏地调控装置的手性信号。
28.在本实施例中，应用甩胶、电子束曝光、常规镀膜方法等方法首先在导光层2上制备周期性排布的凸起22，然后应用同样的方法在凸起22上制备手性结构4。手性结构4的材料为贵金属，贵金属为金或银。可见光能够在贵金属手性结构4中激发强局域表面等离激元共振，从而使得贵金属手性结构4能够实现强圆二性。
29.在本实施例中，导光层2的材料为硒化锌。硒化锌对红外光的吸收少，另外对较长波长的可见光的吸收也少，不仅可以透过红外光，而且可以让可见光穿过，便于通过透射光差异探测本发明的手性信号。
30.在本发明中，可以通过改变耦合进入导光层2中红外光的波长或强度，改变从凸起22侧面出射的红外光的波长或强度，从而使得聚苯乙烯小球5产生不同程度的光泳现象，不同程度地改变手性结构4周围的介电环境，从而调控手性结构的手性信号。
31.在本发明中，手性结构4设置在凸起22的顶面上。在可见光的照射下，手性结构4能够产生圆二性等手性信号，另一方面，手性结构4还能够阻挡红外光从凸起22的顶面出射，使得更多的红外光从凸起22的侧面出射，在水溶液中聚苯乙烯小球5能够产生更显著的光泳现象，从而实现高灵敏度的手性信号调控。
32.实施例2
33.在实施例1的基础上，如图2所示，手性结构4为l形手性结构。凸起22的顶面为矩形，即凸起22顶面的长度和宽度不同，l形手性结构的两臂平行于矩形的两条边，l形手性结构的两臂与矩形的两条边的距离相等。当光泳现象发生时，聚苯乙烯小球5改变了l形手性结构两臂的介电环境，从而改变了l形手性结构的圆二性。由于凸起22的长度和宽度不同，导致从凸起22不同侧面出射的红外线不同，在凸起22的不同侧面产生不同程度的光泳现象，从而不同程度地改变l形手性结构的手性信号。本实施例通过制备不同长度和宽度的
凸起22即可实现手性信号调控，调控方法简单。
34.实施例3
35.在实施例2的基础上，如图3所示，l形手性结构的两臂与矩形两边的距离不相等：凸起22的长边与l形手性结构的臂之间的距离短、凸起22的短边与l形手性结构的臂之间的距离长。由于l形手性结构的两臂与凸起22边缘的距离不同，当发生光泳现象时，聚苯乙烯小球5与l形手性结构的两臂之间的距离不同，从而不同程度地改变了l形手性结构两臂周围的介电环境。具体地，在凸起22长边一侧产生更强的光泳现象，聚苯乙烯小球5更靠近手性结构4，手性结构4与靠近过来的聚苯乙烯小球5之间的距离更小；而在凸起22短边一侧产生较弱的光泳现象，聚苯乙烯小球5距离手性结构4稍远，由于手性结构4与靠近过来的聚苯乙烯小球5之间的距离稍远，这导致对l形手性结构的对称性改变更多，最终更多地改变了l形手性结构的圆二性，实现了更高灵敏度的手性信号调控。
36.实施例4
37.在实施例2的基础上，如图4所示，在远离l形手性结构靠近凸起22边缘的一侧，设有红外光反射层6。例如，在图3中，l形手性结构的左边臂靠近凸起22的边缘，那么红外光反射层6设置在凸起22的右侧面。红外光反射层6的材料为金或铝。红外光反射层6为薄膜状，厚度大于1微米，以阻挡红外光从该侧面出射。这样一来，聚苯乙烯小球5就不会聚集在凸起22的这个侧面，而是更多地聚集在凸起22的另外侧面，从而更多地改变l形手性结构一臂的介电环境，更多地改变手性结构4的手性信号，实现更高灵敏度的手性信号调控。
38.实施例5
39.在实施例2的基础上，凸起22的顶面为方形，即凸起22为方形柱状，凸起22的顶面为倾斜状。例如，在图3中，凸起22的左侧低、凸起22的右侧高，凸起22的顶面形成倾斜的平面。当导光层2中的红外线耦合进入凸起22后，从凸起22的不同侧面出射的光强度不同，导致在凸起22的不同侧面产生不同程度的光泳现象，改变l形手性结构的对称性，从而调节l形手性结构的手性信号。相对于前述实施例，本实施例提供了另外一种调控手性信号的新策略。
40.实施例6
41.在实施例2的基础上，凸起22的顶面为方形，即凸起22为方形柱，l形手性结构两臂的高度不同。这样一来，l形手性结构两臂对红外光的阻挡能力不同，从l形手性结构两臂附近出射的红外光强度不同，在l形手性结构两臂附近产生不同程度的光泳现象，不同程度地改变了l形手性结构两臂的介电环境，实现了装置的手性信号调控。在本实施例中，相当于聚苯乙烯小球5在竖直方向上被移动，改变了l形手性结构两臂在竖直方向上与聚苯乙烯小球5之间的耦合，实现了三个维度方向上的调控，使得对手性信号的调控幅度更大，能够实现更灵敏的手性信号调控。
42.实施例7
43.在以上任一实施例的基础上，手性结构4上覆盖有二维材料层，二维材料层的材料为石墨烯或二硫化钼。一方面，二维材料层在手性结构4上表面聚集更多的热量，实现更强的光泳现象，推动聚苯乙烯小球5向手性结构4的表面移动；另一方面，二维材料层和手性结构4之间的间隙小，二维材料层和手性结构4产生强耦合，聚集强电磁场，从而产生热量，推动聚苯乙烯小球5向手性结构4的表面移动。以上两方面的效果均导致聚苯乙烯小球5更多
地向手性结构4的表面移动，更多地改变手性结构4的介电环境，实现更高灵敏度的手性信号调控。
44.更进一步地，聚苯乙烯小球5的部分表面镀有硅膜。硅膜具有更高的折射率。当聚苯乙烯小球5向手性结构4移动时，聚苯乙烯小球5更多地改变了手性结构4周围的介电环境，实现了更高灵敏度的手性信号调控。
45.更进一步地，整个装置外设有黑的罩子，避免外界环境杂散光对光泳现象的影响。
46.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。

技术特征：

1.一种手性信号调控装置，其特征在于，包括基底层、导光层、腔壁、手性结构、水溶液、聚苯乙烯小球、凸起；所述导光层置于所述基底层上，所述腔壁置于所述导光层的四周并围成容器；在所述容器内，所述凸起周期性分布在所述导光层上；所述手性结构置于所述凸起的顶面上；所述水溶液置于所述容器内，所述聚苯乙烯小球置于所述水溶液内。2.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述基底层的材料为二氧化硅。3.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述水溶液为去离子水溶液。4.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述手性结构的材料为贵金属。5.如权利要求4所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述贵金属为金或银。6.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述导光层的材料为红外透光材料。7.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述导光层的材料为硒化锌。8.如权利要求1所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述手性结构为l形手性结构。9.如权利要求8所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述凸起的顶面为矩形，所述l形手性结构的一臂平行于所述矩形的边。10.如权利要求9所述的手性信号调控装置，其特征在于：所述l形手性结构的两臂与所述矩形两边的距离不相等。

技术总结

本发明涉及手性结构技术领域，具体涉及一种手性信号调控装置，包括基底层、导光层、腔壁、手性结构、水溶液、聚苯乙烯小球、凸起；导光层置于基底层上，腔壁置于导光层的四周并围成容器；在容器内，凸起周期性分布在导光层上；手性结构置于凸起的顶面上；水溶液置于容器内，聚苯乙烯小球置于水溶液内。本发明利用光泳现象，改变聚苯乙烯小球在手性结构附近的位置，改变手性结构附近的介电环境，从而实现手性信号调控。相比于应用相变材料，本发明具有手性信号调控幅度大的优点，在手性信号调控领域具有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。