(Sinistra) Immagine SEM dell'assorbitore metamateriale sviluppato da KIMM e UNIST. La vista dall'alto mostra un'antenna a forma di croce. (Centro) Vista laterale della microstruttura dell'assorbitore metamateriale sviluppato da KIMM e UNIST. (A destra) Struttura dell'assorbitore metamateriale sviluppato da KIMM e UNIST. La figura mostra nanogap verticali a 10 nm. Credito:The Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
Un gruppo di ricerca locale, composto da membri del Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) sotto il Ministero della Scienza e dell'ICT e dell'UNIST, ha sviluppato un assorbitore di metamateriali che migliora significativamente la rilevazione di sostanze nocive o biomolecole, e hanno pubblicato i loro risultati in Piccoli metodi .
Il team di ricerca congiunto guidato dal ricercatore principale Dr. Joo-Yun Jung della divisione di ricerca sui sistemi meccanici di nanoconvergenza presso KIMM e il professor Jongwon Lee dell'UNIST hanno sviluppato un metamateriale che migliora la spettroscopia di assorbimento a infrarossi attraverso l'amplificazione di 100 volte dei segnali di rilevamento. Il metamateriale proposto è uno speciale materiale funzionale con nanogap verticali di dimensioni inferiori rispetto alla lunghezza d'onda dell'infrarosso.
La spettroscopia a infrarossi è una tecnica che identifica i componenti in base a modelli di luce riflessa misurando le proprietà delle molecole di assorbire l'infrarosso delle loro frequenze intrinseche. Se vengono rilevate solo piccole tracce della sostanza bersaglio, i risultati non saranno così significativi a causa della piccola differenza di intensità della luce.
Il metamateriale proposto raccoglie e rilascia energia luminosa contemporaneamente, inducendo così una maggiore intensità di luce che può essere assorbita dalle molecole. I segnali amplificati consentono di ottenere risultati più distinti anche lavorando con piccole tracce di sostanze.
(Sinistra) I grafici mostrano gli spettri di riflessione misurati dell'assorbitore metamateriale sviluppato da KIMM e UNIST. Da cima a fondo, i nanogap verticali sono 30, 15, e 10nm. La linea nera rappresenta gli spettri di riflessione dell'assorbitore metamateriale prima del rivestimento ODT, e la linea rossa mostra gli spettri di riflessione dopo il rivestimento ODT. La quantità di affondamento delle due linee è la quantità di luce raccolta (=energia assorbita =minore riflessione). La linea rossa che rappresenta la riflettanza dopo il rivestimento ODT aumenta quando la lunghezza d'onda è compresa tra 3,4 e 3,5, indicando l'amplificazione del segnale. Se non sono stati rilevati segnali, il grafico dovrebbe essere uguale a quello della linea blu. La differenza tra i due valori è di circa il 36%. (Destra) Spettri di segnale rilevati dell'assorbitore metamateriale sviluppato da KIMM e UNIST. Credito:The Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
Le nanoantenne a forma di croce sono state formate in una configurazione metallo-isolante-metallo. Lo strato isolante centrale aveva uno spessore di 10 nm; spazi verticali sono stati impiegati per massimizzare l'assorbimento della luce da parte delle molecole.
Inyong Hwang, un ricercatore del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'UNIST, disse, "Il metamateriale proposto ha raggiunto una differenza record del 36% nella nostra dimostrazione su un monostrato con uno spessore di 2,8 nm. Questo è il miglior record raggiunto fino ad oggi tra gli esperimenti di rilevamento del monostrato".
Il metamateriale proposto può essere facilmente prodotto in serie e offre una produzione a basso costo. Mentre la litografia a fascio ad alta risoluzione era necessaria per formare microstrutture su superfici metamateriali, la piattaforma SEIRA del team si basa su litografia con nanoimprinting e processi di incisione a secco più convenienti.
Dott. Joo-Yun Jung, ricercatore principale di KIMM, disse, "Utilizzando il processo di nanoimpronta, possiamo ottenere metamateriali nella configurazione metallo-isolante-metallo, ed elaborarli nei modelli desiderati. Oltre a ciò, il processo di incisione a secco consente la produzione in serie di metamateriali microstrutturati."
Il professor Jongwon Lee dell'UNIST ha affermato:"Il nostro studio è il primo a indurre il miglioramento del campo vicino e risolvere l'esposizione al campo vicino utilizzando spazi verticali. Si prevede che la tecnica avrà vaste applicazioni, in particolare per i sensori a infrarossi utilizzati nella rilevazione di biomolecole, sostanze nocive, e gas".
