本發(fā)明涉及分子光電子器件，尤其涉及一種手性分子、手性分子器件及制備方法與圓偏振光檢測(cè)應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、圓偏振光是一種比較常見的光偏振狀態(tài)，在光通信、生物醫(yī)學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)和圖像傳感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光的偏振進(jìn)行檢測(cè)的圓偏振光探測(cè)器因其在生物傳感、量子光學(xué)、偏振增強(qiáng)成像、微流控和加密光通信等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景而受到國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的核心是制備可以區(qū)分左旋（l-cpl）和右旋（r-cpl）圓偏振光的光電探測(cè)器。申請(qǐng)公布號(hào)cn119403352a的中國(guó)發(fā)明專利公開了基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的可調(diào)諧偏振光子源及其制備方法，利用手性可調(diào)控的手性分子，通過(guò)引入可調(diào)諧的手性分子，注入自旋極化的電子空穴，并使其在中心鈣鈦礦量子點(diǎn)復(fù)合發(fā)偏振光，能夠通過(guò)不同波長(zhǎng)光照射，控制螺手性結(jié)構(gòu)開關(guān)。目前的圓偏振光探測(cè)器通常是需要結(jié)合無(wú)機(jī)光電探測(cè)器和偏振光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種器件不適合小型化和集成化或低成本制備。

2、在分子電子學(xué)領(lǐng)域發(fā)展出來(lái)的單分子器件因利用納米技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基于單個(gè)分子作為核心的器件而成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)未來(lái)下一代功能化、小型化、高集成化半導(dǎo)體產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)。然而目前關(guān)于基于手性單分子材料的圓偏振光檢測(cè)器件仍處于初步探索階段，手性分子器件可利用分子結(jié)構(gòu)的可控性和在光電性能上的獨(dú)特性，為開發(fā)一種響應(yīng)靈敏、對(duì)左旋與右旋圓偏振光區(qū)分檢測(cè)、可動(dòng)態(tài)切換檢測(cè)的手性單分子圓偏振光檢測(cè)器件提供了可實(shí)現(xiàn)的材料基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決上述問題。為此，本發(fā)明提供一種手性分子、手性分子器件及制備方法與圓偏振光檢測(cè)應(yīng)用，基于光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的手性分子器件利用手性分子與圓偏振光之間的相互作用，通過(guò)光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移和激發(fā)態(tài)電荷陷阱效應(yīng)調(diào)控分子的電學(xué)特性。本發(fā)明設(shè)計(jì)合成一種含有手性中心并具有“d-a-d”（donor-acceptor-donor，供體-受體-供體）結(jié)構(gòu)類型的功能性分子re-pdi，并通過(guò)化學(xué)脫耦合的方法將其組裝在納米間隙的石墨烯點(diǎn)電極之間。利用分子對(duì)不同類型圓偏振光的區(qū)別響應(yīng)，構(gòu)建了調(diào)控體系，能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)對(duì)左旋與右旋圓偏振光的區(qū)分檢測(cè)和動(dòng)態(tài)周期性的可調(diào)控響應(yīng)，為光電調(diào)控與檢測(cè)技術(shù)和功能芯片小型化提供了新的研究方向和應(yīng)用思路。

2、本發(fā)明提供一種手性分子，采用的技術(shù)方案如下：含有手性中心并具有“d-a-d”結(jié)構(gòu)，命名為re-pdi分子，結(jié)構(gòu)如下：

3、。

4、本發(fā)明還提供一種手性分子器件，采用的技術(shù)方案如下：包括：硅襯底、氧化鋁介電層、金屬電極、石墨烯點(diǎn)電極和re-pdi分子，re-pdi分子連接于石墨烯點(diǎn)電極上，石墨烯點(diǎn)電極連接于金屬電極上，石墨烯點(diǎn)電極和金屬電極位于氧化鋁介電層上，氧化鋁介電層位于硅襯底上。

5、進(jìn)一步的，氧化鋁介電層的厚度為30～40?nm，金屬電極的厚度為68～90?nm，石墨烯點(diǎn)電極為單層。

6、本發(fā)明還提供一種手性分子器件的制備方法，采用的技術(shù)方案如下：用于制備上述的手性分子器件，包括以下步驟：

7、步驟1：在硅襯底上制備氧化鋁介電層；

8、步驟2：在氧化鋁介電層上制備石墨烯介電層，在石墨烯介電層上制備金屬電極；

9、步驟3：利用石墨烯介電層構(gòu)建石墨烯點(diǎn)電極；

10、步驟4：將單個(gè)的re-pdi分子與石墨烯點(diǎn)電極進(jìn)行自組裝，得到手性分子器件。

11、進(jìn)一步的，步驟4中，取re-pdi分子置于三口燒瓶中，加入二氯甲烷與三氟乙酸，在氮?dú)夥諊路磻?yīng)2?h以上；通過(guò)氫氧化鈉萃取除去三氟乙酸，將除去三氟乙酸的剩余溶液轉(zhuǎn)移至茄形瓶中；將所述剩余溶液通過(guò)旋蒸，獲得脫去保護(hù)基的re-pdi分子；通過(guò)換氣操作使脫去保護(hù)基的re-pdi分子處于氮?dú)夥諊校米⑸淦鞒槿?0?ml的無(wú)水吡啶，注射入所述茄形瓶中，溶解，得到脫去保護(hù)基re-pdi分子的吡啶溶液。將石墨烯點(diǎn)電極置于兩口燒瓶中，向兩口燒瓶中加入足量1-（3-二甲氨基丙基）-3-2乙基碳二亞胺鹽酸鹽和所述脫去保護(hù)基re-pdi分子的吡啶溶液，在氮?dú)夥諊蟹磻?yīng)48?h以上，獲得手性分子器件。

12、進(jìn)一步的，步驟1中，在硅襯底（硅片）上旋涂光刻膠，光刻并蒸鍍厚度為6～9?nm的鉻和30～35?nm的金，獲得接引電極；在所述接引電極上再次旋涂光刻膠，進(jìn)行光刻?hào)艠O，獲得底柵；通過(guò)真空熱蒸鍍?cè)谒龅讝疟砻驽兩?0～40?nm鋁膜，再將底柵置于丙酮溶液中浸泡進(jìn)行除膠。

13、進(jìn)一步的，步驟2中，在銅箔上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法獲得單層石墨烯；在所述單層石墨烯上旋涂pmma，通過(guò)氧等離子體刻蝕除去銅箔背面多余的石墨烯和pmma，獲得pmma-單層石墨烯-銅箔；將所述的pmma-單層石墨烯-銅箔剪成小片，通過(guò)三氯化鐵溶液溶解銅箔，獲得pmma-單層石墨烯薄膜；將所述pmma-單層石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至所述氧化鋁介電層上，靜置、晾干、除膠。在所述石墨烯介電層上光刻條帶，并通過(guò)氧等離子體刻蝕除去多余單層石墨烯，獲得具有石墨烯條帶的底片；在所述底片上光刻電極，并蒸鍍8～10?nm鉻和60～80nm金，在石墨烯介電層上得到金屬電極。

14、進(jìn)一步的，步驟3中，在所述石墨烯介電層上通過(guò)電子束曝光刻蝕長(zhǎng)為150?nm，寬為5?nm的虛線，再通過(guò)氧等離子體刻蝕以及電燒斷法，獲得石墨烯納米間隙點(diǎn)電極陣列，石墨烯納米間隙點(diǎn)電極陣列包括多個(gè)成對(duì)的石墨烯點(diǎn)電極。

15、本發(fā)明還提供一種手性分子器件的應(yīng)用，采用的技術(shù)方案如下：上述的手性分子器件應(yīng)用在圓偏振光檢測(cè)中。

16、進(jìn)一步的，手性分子器件應(yīng)用在可切換圓偏振光檢測(cè)的飛秒激光光路，工作過(guò)程為：

17、飛秒脈沖激光發(fā)生器產(chǎn)生飛秒線偏振激光，激光出射后經(jīng)第一反射鏡到達(dá)分束片，產(chǎn)生兩路線偏振激光；

18、第一路線偏振激光經(jīng)過(guò)第二多功能光參量放大器變?yōu)榈谝惶囟úㄩL(zhǎng)的線偏振激光后，到達(dá)第二四分之一波片，變?yōu)榫哂刑囟úㄩL(zhǎng)的左旋圓偏振光，左旋圓偏振光進(jìn)入光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)，照射在位于光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)內(nèi)部的手性分子器件上；

19、第二路線偏振激光先經(jīng)過(guò)第一多功能光參量放大器變?yōu)榈诙囟úㄩL(zhǎng)的線偏振激光，再經(jīng)時(shí)間延遲控制器延遲，到達(dá)第一四分之一波片，變?yōu)榫哂刑囟úㄩL(zhǎng)的右旋圓偏振光，所述右旋圓偏振光進(jìn)入光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)，照射在位于光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)內(nèi)部的手性分子器件上；

20、第一多功能光參量放大器和第二多功能光參量放大器中的一個(gè)處于工作模式，則另一個(gè)處于關(guān)斷模式。

21、本發(fā)明實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果之一：

22、1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了手性中心并具有“d-a-d”結(jié)構(gòu)的re-pdi分子，因手性中心的引入對(duì)左旋與右旋圓偏振光區(qū)別響應(yīng)，在光誘導(dǎo)下分子的強(qiáng)吸電子基團(tuán)和給電子結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生電荷分離，分子內(nèi)部的各基團(tuán)之間還會(huì)因能級(jí)不匹配誘導(dǎo)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電荷陷阱效應(yīng)，確保了分子在小能量范圍內(nèi)區(qū)別響應(yīng)圓偏振光得到兩種不同電荷分離與捕獲的不同情況，且每種情況下各自會(huì)產(chǎn)生的較為穩(wěn)定的電流信號(hào)。

23、2、本發(fā)明的手性分子器件，基于石墨烯單分子場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行制備，具有成熟的器件制備流程，制備的單分子器件擁有169對(duì)石墨烯點(diǎn)電極，實(shí)現(xiàn)了器件尺寸的顯著微型化，展現(xiàn)出極高的集成度。該特性為功能芯片的小型化和高密度集成提供了新思路。

24、3、本發(fā)明的手性分子器件在圓偏振光檢測(cè)中應(yīng)用，通過(guò)結(jié)合飛秒脈沖激光發(fā)生器、多功能光參量放大器、時(shí)間延遲控制器、四分之一波片進(jìn)行光路的合理化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)以下作用：一是將同一光束經(jīng)分束片分出兩個(gè)光路，再通過(guò)放置四分之一波片使兩束光分別變?yōu)樽笮龍A偏振光與右旋圓偏振光被引入光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試；二是可通過(guò)放置在兩個(gè)分光路上的多功能光參量放大器的工作與關(guān)斷模式搭配產(chǎn)生具有時(shí)間控制的左旋圓偏振光與右旋圓偏振光的產(chǎn)生并獨(dú)立作用于光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)，這保障了兩種圓偏振光可周期性獨(dú)立作用于光電聯(lián)用探測(cè)臺(tái)，此外還能通過(guò)對(duì)多功能光參量放大器的工作與關(guān)斷模式編程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的兩種圓偏振光切換；三是時(shí)間延遲控制器的加入可在一個(gè)切換周期內(nèi)使光路系統(tǒng)從左旋光照射切換為右旋光照射的時(shí)間間隔最高可達(dá)飛秒級(jí)別控制。

25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。