本發(fā)明涉及一種基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，屬于納米光子學(xué)。
背景技術(shù)：
1、光與物質(zhì)的強(qiáng)耦合是指光場(chǎng)與物質(zhì)(如原子、分子或固體中的激發(fā)態(tài))之間的相互作用強(qiáng)度足夠大，以至于二者的性質(zhì)無(wú)法獨(dú)立描述。此時(shí)，光與物質(zhì)形成新的混合態(tài)，稱為極化子。
2、在強(qiáng)耦合狀態(tài)下，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)顯著的能級(jí)分裂，表現(xiàn)為兩個(gè)新的能級(jí)(上極化子和下極化子)，它們的能量取決于光和物質(zhì)的耦合強(qiáng)度。這種現(xiàn)象通常在微腔、光子晶體或等離子體中被觀察到，對(duì)于研究光子-激子耦合、量子光學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。
3、光與物質(zhì)的強(qiáng)耦合導(dǎo)致半光半物質(zhì)準(zhǔn)粒子的形成，這些準(zhǔn)粒子兼具兩個(gè)系統(tǒng)的特性，例如小質(zhì)量和大相互作用。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)耦合時(shí)，會(huì)引起反射率等各種光學(xué)特性的顯著變化。因此，若能實(shí)時(shí)控制這種耦合強(qiáng)度并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從強(qiáng)耦合到弱耦合狀態(tài)的切換，將具有重要意義，并可應(yīng)用于光電開關(guān)和光調(diào)制器中。
4、在現(xiàn)有研究中，通過(guò)光、電、熱、化學(xué)控制等手段可以對(duì)等離激元-激子的強(qiáng)耦合進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控。其中，電控制方法可以將微納結(jié)構(gòu)與具有電調(diào)節(jié)特性的光學(xué)或電導(dǎo)材料相結(jié)合，如半導(dǎo)體(tmdc)單層、液晶或石墨烯等。調(diào)控機(jī)制通常通過(guò)改變激子密度(如電摻雜導(dǎo)致激子漂白)來(lái)影響耦合強(qiáng)度。然而，這種方法存在一些缺點(diǎn)：調(diào)控電壓范圍較高(如0到80伏)，且多在低溫下運(yùn)行(100k以下)；只能實(shí)現(xiàn)中等的rabi分裂能量(如60mev)，以及對(duì)弱耦合到強(qiáng)耦合狀態(tài)的開關(guān)切換。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，可以有效解決上述問(wèn)題。
2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、一種基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，包括：依次層疊的銀襯底層、銀納米陣列層、電致變色材料層、儲(chǔ)離子層及ito薄膜層。
4、在一些實(shí)施例中，所述銀襯底層的厚度為80-120nm。
5、在一些實(shí)施例中，所述銀納米陣列的周期為280nm-320nm，銀條帶的寬度為180nm-260nm，銀條帶的厚度為10nm-50nm。
6、在一些實(shí)施例中，所述電致變色材料層的厚度為10nm-80nm。
7、在一些實(shí)施例中，所述儲(chǔ)離子層的厚度為30nm-100nm。
8、在一些實(shí)施例中，所述ito薄膜層的厚度為25-35nm。
9、一種所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：
10、s1，制備銀襯底層和銀納米陣列；
11、s2，將電致變色材料制備在所述銀納米陣列上并形成電致變色材料層；
12、s3，在所述電致變色材料層上旋涂一層儲(chǔ)離子層；
13、s4，在儲(chǔ)離子層上磁控濺射一層ito薄膜層。
14、在一些實(shí)施例中，步驟s1包括以下步驟：
15、s11，清洗石英襯底，在石英襯底上依次電子束蒸鍍鉻層和銀層，為銀襯底層；
16、s12，在銀層上旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯光刻膠；
17、s13，使用電子束曝光方法對(duì)光刻膠進(jìn)行圖案化處理；
18、s14，在圖案化的光刻膠區(qū)域再次電子束蒸鍍鉻層和銀層；
19、s15，最后使用溶劑溶解未被曝光的光刻膠，剝離覆蓋在光刻膠上的銀層和鉻層，剩余的銀層則形成周期性光刻膠圖案，為銀納米陣列。
20、在一些實(shí)施例中，步驟s2包括以下步驟：
21、s21，將電致變色材料加入到溶劑中，充分溶解形成旋涂液；
22、s22，將旋涂液旋涂在銀納米陣列上，讓旋涂液先充滿銀納米陣列的間隙，隨后在頂部繼續(xù)旋涂形成薄膜。
23、在一些實(shí)施例中，步驟s3為：
24、將電活性分子、聚合物基質(zhì)、電解質(zhì)及溶劑充分混合和分散，隨后旋涂在電致變色材料層表面上，形成儲(chǔ)離子層。
25、本發(fā)明的有益效果是：
26、本發(fā)明通過(guò)采用電致變色材料與銀納米陣列相結(jié)合的調(diào)控結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了僅需幾伏的低電壓即可達(dá)到調(diào)諧效果，并且能夠?qū)崿F(xiàn)幾百毫電子伏特(mev)量級(jí)的耦合強(qiáng)度。這種調(diào)控結(jié)構(gòu)不僅電壓需求低，而且通過(guò)調(diào)節(jié)電壓的大小，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)且平滑的調(diào)諧控制，相較于僅在特定電壓條件下進(jìn)行簡(jiǎn)單的開關(guān)操作，具有更為顯著的優(yōu)越性和靈活性。此外，該調(diào)控系統(tǒng)還具備在室溫環(huán)境下進(jìn)行操作的特性，這一特點(diǎn)極大地提升了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和便利性，為廣泛的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景提供了有力支持。
27、本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了利用電致變色材料與銀納米陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合的主動(dòng)電調(diào)強(qiáng)耦合裝置，可以實(shí)現(xiàn)可見光波段內(nèi)強(qiáng)耦合狀態(tài)的主動(dòng)控制。該裝置的核心原理在于，電致變色材料在施加電壓的作用下，能夠在著色狀態(tài)和漂白狀態(tài)之間進(jìn)行靈活切換。通過(guò)將這種特性與經(jīng)過(guò)精細(xì)尺寸調(diào)整的銀納米陣列結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的表面等離激元(spp)進(jìn)行有效耦合，當(dāng)電致變色材料在著色和漂白狀態(tài)之間發(fā)生切換時(shí)，在電壓的精確控制下，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)耦合狀態(tài)及其耦合強(qiáng)度的精準(zhǔn)調(diào)控。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅拓寬了強(qiáng)耦合狀態(tài)控制的技術(shù)路徑，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了新的思路和方法。
1.一種基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：依次層疊的銀襯底層、銀納米陣列層、電致變色材料層、儲(chǔ)離子層及ito薄膜層。
2.根據(jù)權(quán)要求1所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銀襯底層的厚度為80-120nm。
3.根據(jù)權(quán)要求1所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銀納米陣列的周期為280nm-320nm，銀條帶的寬度為180nm-260nm，銀條帶的厚度為10nm-50nm。
4.根據(jù)權(quán)要求1所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電致變色材料層的厚度為10nm-80nm。
5.根據(jù)權(quán)要求1所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述儲(chǔ)離子層的厚度為30nm-100nm。
6.根據(jù)權(quán)要求1所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ito薄膜層的厚度為25-35nm。
7.一種權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的基于電致變色材料與銀納米陣列的電控強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟s1包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟s2包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟s3為：