(Vänster) SEM-bild av metamaterialabsorbatorn utvecklad av KIMM och UNIST. Ovanifrån visar en korsformad antenn. (Center) Sidovy av mikrostrukturen hos metamaterialabsorbatorn utvecklad av KIMM och UNIST. (Höger) Struktur av metamaterialabsorbatorn utvecklad av KIMM och UNIST. Figur visar 10 nm vertikala nanogap. Kredit:Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
En lokal forskargrupp, består av medlemmar av Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) under ministeriet för vetenskap och IKT och UNIST, utvecklat en absorbator för metamaterial som avsevärt förbättrar upptäckten av skadliga ämnen eller biomolekyler, och publicerade sina resultat i Små metoder .
Det gemensamma forskarteamet ledd av huvudforskaren Dr. Joo-Yun Jung från Nano-Convergence Mechanical Systems Research Division vid KIMM och professor Jongwon Lee vid UNIST utvecklade ett metamaterial som förbättrar infraröd absorptionsspektroskopi genom 100-faldig förstärkning av detektionssignaler. Det föreslagna metamaterialet är ett speciellt funktionellt material med vertikala nanogap av mindre storlek än infraröd våglängd.
Infraröd spektroskopi är en teknik som identifierar komponenter baserat på mönster av reflekterat ljus genom att mäta egenskaperna hos molekyler för att absorbera infrarött av deras inneboende frekvenser. Om endast små spår av målämnet upptäcks, resultaten blir inte lika signifikanta på grund av den lilla skillnaden i ljusintensitet.
Det föreslagna metamaterialet samlar och frigör ljusenergi på en gång, vilket inducerar en större ljusintensitet som kan absorberas av molekyler. De förstärkta signalerna gör att mer distinkta resultat kan erhållas även när man arbetar med små spår av ämnen.
(Vänster) Graferna visar de uppmätta reflektionsspektra för metamaterialabsorbatorn utvecklad av KIMM och UNIST. Från topp till tå, de vertikala nanoglyftorna är 30, 15, och 10 nm. Den svarta linjen representerar reflektionsspektra för metamaterialabsorbatorn före ODT-beläggning, och den röda linjen visar reflektionsspektra efter ODT-beläggning. Mängden sjunkande av de två linjerna är mängden ljus som samlas in (=absorberad energi =lägre reflektion). Den röda linjen som representerar reflektansen efter ODT-beläggning stiger när våglängden är mellan 3,4 och 3,5, indikerar signalförstärkning. Om inga signaler detekterades, grafen ska vara densamma som den för den blå linjen. Skillnaden mellan de två värdena är cirka 36 %. (Höger) Detekterade signalspektra för metamaterialabsorbatorn utvecklad av KIMM och UNIST. Kredit:Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
Korsformade nanoantenner formades i en metall-isolator-metall-konfiguration. Det mellersta isoleringsskiktet hade en tjocklek av 10 nm; vertikala luckor användes för att maximera ljusabsorption av molekyler.
Inyong Hwang, en forskare vid institutionen för elektroteknik vid UNIST, sa, "Det föreslagna metamaterialet uppnådde en rekordhög skillnad på 36% i vår demonstration på ett monolager med en tjocklek på 2,8 nm. Detta är det bästa rekordet som uppnåtts hittills bland monolagerdetekteringsexperiment."
Det föreslagna metamaterialet kan enkelt massproduceras och erbjuder låg kostnadstillverkning. Medan högupplöst strålelitografi krävdes för att bilda mikrostrukturer på metamaterialytor, teamets SEIRA-plattform är beroende av mer prisvärda nanoimprint-litografi och torretsningsprocesser.
Dr Joo-Yun Jung, huvudforskare vid KIMM, sa, "Med nanoimprint-processen, vi kan erhålla metamaterial i metall-isolator-metall-konfigurationen, och bearbeta dem till önskade mönster. Dessutom, torretsningsprocessen tillåter massproduktion av mikrostrukturerade metamaterial."
Professor Jongwon Lee vid UNIST sa, "Vår studie är den första som inducerar närfältsförbättring och löser närfältsexponering med hjälp av vertikala luckor. Tekniken förväntas ha omfattande tillämpningar, speciellt för infraröda sensorer som används vid detektering av biomolekyler, skadliga ämnen, och gaser."
