Figura 1. (a). Diagramma schematico dell'unità di eccitazione del semiellissoide ITO e principio di realizzazione della banda di assorbimento sintonizzabile; (b). Diagramma schematico della struttura dell'assorbitore perfetto a banda larga; (c). Topografia microscopica della sezione trasversale del dispositivo; (d). Spettro di riflettanza e immagine del dispositivo. Credito:SIOM
I ricercatori dello Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) dell'Accademia cinese delle scienze hanno recentemente proposto un concetto di design per un assorbitore perfetto a banda larga sintonizzabile basato sull'accoppiamento non diviso di Epsilon-near-zero (ENZ) e plasmone di superficie localizzato modalità di risonanza (LSPR).
I ricercatori hanno progettato un array di shell ellissoidali di ossido di stagno (ITO) a strato singolo sub-lunghezza d'onda per eccitare le modalità ENZ e LSPR separate nello spazio, che hanno raggiunto un assorbimento di luce superiore al 98% nell'intervallo di 1.435-1.680 nm. Un assorbitore a livello di centimetro è stato fabbricato con una tecnologia di autoassemblaggio a basso costo e presenta un assorbimento risonante indipendente dalla polarizzazione, grandangolare e sintonizzabile. I risultati correlati sono stati pubblicati in Applied Surface Science .
L'assorbimento ottico è fondamentale in molte applicazioni ottiche lineari e non lineari. Negli ultimi anni, i materiali planari ENZ hanno fornito soluzioni efficaci per vari assorbitori perfetti a banda stretta, a banda larga e sintonizzabili. Tuttavia, i materiali ENZ planari per un perfetto assorbimento devono affrontare una significativa dipendenza dalla polarizzazione e problemi di incidenza obliqua, che ne limitano l'applicazione. Si ritiene che la combinazione di film ENZ con metasuperfici risolva i problemi di polarizzazione e dipendenza dall'angolo di cui sopra. Tuttavia, gli schemi di metasuperficie riportati implicano inevitabilmente progetti complessi, fabbricazione in più fasi e costose tecniche FIB o EBL, che limitano le dimensioni del dispositivo all'ordine di centinaia di micron.
Figura 2. (a). Lo spettro di riflessione della luce non polarizzata varia con l'angolo di incidenza; (b). Spettri di riflettanza di diversi stati di polarizzazione in condizioni di incidenza di 20°. Credito:SIOM
In questo lavoro, i ricercatori hanno proposto uno schema di assorbimento perfetto a banda larga basato su film ENZ a semisfera. L'idea centrale dell'assorbitore perfetto è utilizzare il film ultrasottile e le caratteristiche delle nanoparticelle del film ENZ a guscio semiellissoidale per eccitare modalità di risonanza ENZ e LSPR spazialmente separate, ottenendo così un perfetto assorbimento a banda larga.
L'esclusiva simmetria strutturale consente all'assorbitore di esibire caratteristiche indipendenti dalla polarizzazione e grandangolari, mentre la sintonizzabilità attiva dei materiali ENZ conferisce all'assorbitore una sintonizzabilità, secondo i ricercatori.
Inoltre, l'assorbitore perfetto è compatibile con la tecnologia di autoassemblaggio, consentendo la produzione a basso costo di dispositivi in scala centimetrica o addirittura in scala di wafer.
Oltre al materiale ITO, lo schema di assorbimento perfetto proposto in questo studio è applicabile anche ad altri materiali ENZ con proprietà sia ENZ che plasmoniche, come ossido di cadmio (CdO), ZnO:Al (AZO), nitruro di titanio (TiN), ecc. ., che è favorevole alla realizzazione di un perfetto assorbimento della banda larga in più gamme di lunghezze d'onda. + Esplora ulteriormente
