المحاكاة، تصنيع وتوصيف امتصاص Metamaterial THz

الهدف العام من هذا الإجراء هو محاكاة وتصنيع وتوصيف هيكل امتصاص المواد الخارقة للتيراهيرتز. أولا ، قم بإجراء عمليات محاكاة لإنشاء التصميم الأمثل لامتصاص المواد الخارقة. ثم قم بتصنيع هذا التصميم الأمثل.

بعد ذلك ، قم بتقييم الأداء التجريبي للامتصاص باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه. إن أجهزة امتصاص المواد الخارقة ذات النطاق المزدوج والنطاق العريض قادرة على امتصاص أكبر من 80٪ في ذروة الرنين. وعندما يقترن بجهاز استشعار مناسب ، يكون له تطبيقات في التصوير والتحليل الطيفي.

ستمكننا التكنولوجيا التي نعمل عليها من صنع أنظمة تصوير تيراهيرتز صغيرة ومحمولة ، والتي سيتم حملها باليد من خلال العمل على تقنيات Metamaterial ، والتي نأمل أن ندمج مع أجهزة الاستشعار مثل البارومتر ، ونأمل أن نتمكن من تحقيق أجهزة عالية السرعة وعالية الحساسية. تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو محاكاة التصميم السريع وتصنيع وتوصيف النموذج الأولي لأجهزة المواد الخارقة تيراهيرتز. لا توضح هذه الطريقة كيفية تصنيع ممتص المواد الخارقة للرعاية الصحية عن بعد فحسب ، بل يمكن أيضا تطبيقه على تصميم وتصنيع أجهزة ومكونات المواد الخارقة الأخرى مثل المرشحات والمغيرات والعدسات المثالية واغطية الاختفاء.

اتبع قسم المحاكاة في بروتوكول مقالة المجلة لتصميم ممتص للمواد الخارقة بخصائص طيف الامتصاص المطلوبة. قم بتنظيف السيليكون في محاليل متسلسلة من الأسيتون البصري الشفاف والأيزوبروبانول. اغمر أولا في المذيب عند 50 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، ثم يخضع للتحريض بالموجات فوق الصوتية.

بعد ذلك ، قم بتبخير طبقة معدنية ثنائية من التيتانيوم والذهب على السيليكون باستخدام مبخر شعاع الإلكترون. لاحظ أن سمك المعدن يجب أن يكون أكبر من عمق الجلد عند تردد التشغيل المطلوب. بعد التنظيف في المذيبات كما هو موضح سابقا ، قم بوضع الماصة VM 651 التمهيدي على العينة واتركها لتسترخي لمدة 20 ثانية.

ثم قم بتدوير العينة بسرعة 4000 دورة في الدقيقة لمدة خمس ثوان واخبزيها على طبق ساخن ملامس عند 120 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. ضع البولي أميد على العينة واتركها لتسترخي لمدة 20 ثانية. تذكر أن تسمح للبولي أميد بالوصول إلى درجة حرارة الغرفة بعد إزالته من الفريزر.

هذا من أجل الحفاظ على خصائص التعبئة بمرور الوقت. قم بتدوير العينة أولا عند 500 دورة في الدقيقة لمدة خمس ثوان مع تسارع 100 دورة في الدقيقة إلى السالب والمنحدر إلى 6,000 دورة في الدقيقة مع تسارع 500 دورة في الدقيقة إلى السالب لمدة 60 ثانية. ثم تخبز العينة على طبق ساخن ملامس على حرارة 140 درجة مئوية لمدة خمس دقائق.

للحصول على فيلم بولي أميد أكثر سمكا ، قم بتدوير طبقات متعددة أو تقليل سرعة الدوران النهائية. عالج مادة البولي أميد على لوح تسخين ملامس عند 220 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. بعد ذلك ، قم بإيداع 15٪ 2010 PMMA على العينة تدور عند 5 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية.

قم بإزالة أي مقاومة زائدة تتسلل إلى الجانب الخلفي من العينة باستخدام الأسيتون. ثم تخبز في فرن حراري على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. بمجرد أن تبرد العينة إلى درجة حرارة الغرفة ، قم بإيداع 4٪ 2041 PMMA على العينة ، قم بالتدوير والخبز كما هو موضح سابقا.

الآن ، قم بتصميم ملف الوظيفة في Tanner L.Edit كسر إلى مضلعات بواسطة تخطيط Beamer. وأخيرا ، أرسل إلى كاتب الشعاع باستخدام برنامج الجرس المستند إلى Java. اكتب الوظيفة المطلوبة باستخدام جرعة 450 ميكرو كوري سنتيمتر مربع على متسابق شعاع الإلكترون VB السادسة.

بعد ذلك ، قم بتطوير العينة في محلول واحد لواحد MIBK إلى IPA عند 23 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. اشطفه في الأيزوبروبانول. ثم افحص دقة النمط على المجهر البصري.

إذا تم حل الميزات بشكل سيئ ، فقم بتجريد الأسيتون البصري المقاوم والأيزوبروبانول وابدأ من جديد. قم بحثالة العينة بالأكسجين باستخدام حفل ، جلدة برميل البلازما ثم تبخر 20 نانومتر من التيتانيوم و 150 نانومتر من الذهب باستخدام مبخر شعاع الإلكترون. أدخل العينة في دورق من الأسيتون الدافئ وقم بتسخينه إلى 50 درجة مئوية في حمام مائي لمدة أربع ساعات باستخدام ماصة.

اغسل العينة بكمية وفيرة باستخدام الأسيتون الدافئ. الآن افحص العينة بالعين بحثا عن المعدن الذي ينطلق من المناطق التي كان فيها PMMA. إذا كان الإقلاع يتقدم ببطء ، ضع الدورق في الحمام المائي بالموجات فوق الصوتية لمدة دقيقتين.

أخيرا ، افحص العينة تحت المجهر البصري. قم بتشغيل إمداد النيتروجين لفورييه ، وتحويل مطياف الأشعة تحت الحمراء. اضغط على زر FIR الموجود في الجزء الأمامي من وحدة التحكم في مقياس الطيف لتشغيل مصباح القوس الزئبقي.

أدخل مقسم الشعاع متعدد الطبقات بستة ميكرون في الفتحة المناسبة في وحدة مقياس التداخل. بعد ذلك ، قم بتنفيس حجرة العينة من مقياس الطيف وأدخل وحدة انعكاس الرمح 30 درجة. ضع فتحة العدسة التي يبلغ طولها سبعة ملليمترات أعلى فتحة وحدة الانعكاس ، وفوق ذلك ، ضع مرآة ذهبية.

الآن قم بإخلاء حجرة العينة إلى ضغط خمسة ملليبار. ابدأ تشغيل برنامج opus وقم بتحميل ملف التكوين لأخذ القياسات في نطاق 30 إلى 300 سم عكسي. وتأكد من أن مؤشر LED الموجود في مقدمة حجرة الكاشف يومض باللون الأخضر مما يشير إلى أن الماسح الضوئي يعمل.

تأكد من أن شكل مخطط التداخل كما هو متوقع. قم بتشغيل 100 عملية مسح ضوئي في الخلفية للحصول على طيف الخلفية. قم بتهوية حجرة العينة ، وقم بإزالة المرآة وضع العينة ووجهها لأسفل على الفتحة.

تأكد من أن مركز العينة في منتصف الفتحة ، ثم قم بإخلاء حجرة العينة. بعد ذلك ، قم بتشغيل 1000 فحص عينة للحصول على طيف العينة. يقارن البرنامج تلقائيا طيف العينة بالخلفية ويتم عرض طيف الانعكاس الحقيقي للعينة على الشاشة.

تظهر هذه الأشكال أطياف امتصاص لامتصاصات المواد الخارقة بسماكات فاصل عازلة مختلفة. تتميز عينة البولي أميد بسمك 7.5 ميكرون بدون هيكل مرنان حلقي كهربائي بحد أقصى لامتصاص يبلغ 5٪ عبر نطاق التردد ذي الاهتمام. تظهر البيانات التجريبية ذروة رنين عند 2.12 تيراهرتز بحجم امتصاص 77٪.

هذه النتيجة تتفق بشكل ممتاز مع الحد الأقصى للامتصاص المحاكي البالغ 81٪ عند 2.12 تيراهرتز. هنا ، يتم إنشاء البيانات من ممتصات MM بنفس هندسة ERR لسماكات مختلفة من مادة البولي أميد تتراوح من واحد إلى 7.5 ميكرون ، وللممتص حيث يكون العزل الكهربائي ثلاثة ميكرون من ثاني أكسيد السيليكون. مع زيادة سمك البولي أميد من ميكرون واحد إلى 3.1 ميكرون ، تزداد ذروة الامتصاص.

ولكن عند سمك البولي أميد الأكبر من 3.1 ميكرون ، هناك انخفاض طفيف في قيمة ذروة الامتصاص. لوحظ تحول أحمر مميز يبلغ 0.25 تيراهرتز حيث يزداد سمك البولي أميد من ميكرون واحد إلى 7.5 ميكرون. يمكن استخراج السماحية والنفاذية الفعالة من البيانات المحاكاة عن طريق انعكاس معلمات S كما هو موضح هنا لامتصاص MM المحاكي بفاصل بولي أميد بسمك 3.1 ميكرون.

تتقاطع الأجزاء الحقيقية من كونستانس البصري بالقرب من الصفر ، وهو شرط مطلوب للانعكاس الصفري عند تردد الامتصاص الأقصى. هناك ذروة للمكون الوهمي للنفاذية مما يعني امتصاصا عاليا. إرل. يمكن أيضا استخدام FDTD لتحديد موقع الامتصاص داخل هيكل MM.

توضح هذه المخططات بوضوح أن غالبية الطاقة تتبدد كخسارة أومية في طبقة ERR وكفقدان عازل في أول 500 نانومتر من مادة البولي أميد. تحت هذه الطبقة ، تتطلب العديد من التطبيقات مثل التحليل الطيفي تيراهيرتز أجهزة استشعار تظهر امتصاص تيراهيرتز عريض النطاق. لقد طورنا استراتيجيتين لتحقيق هذا الاستيعاب للنطاق العريض.

تكديس الإستراتيجية الأولى طبقات متناوبة من طبقات RR المعدنية والطبقات العازلة فوق مستوى أرضي مستمر في طبقات مختلفة ، وصلبان بأطوال مختلفة ، وتدعم العديد من أوضاع الرنين الموضوعة معا بشكل وثيق في طيف الامتصاص. من خلال ضبط سمك العزل الكهربائي ، يمكن أن يكون الهيكل متعدد الطبقات مطابقا للمساحة الحرة عند كل تردد رنين وامتصاص النطاق العريض الذي يتم الحصول عليه. ثم يتم استخدام عملية تسجيل شعاع الإلكترون القياسية لمحاذاة RS فوق بعضها البعض في ثانية. إستراتيجية.

تصميم أربعة Rs مدمجة في أربعة ألوان فائقة البكسل على طبقة عازلة واحدة. مثل هذا الجهاز أسهل بكثير في التصنيع من الماص متعدد الطبقات. يوضح هذا المخطط طيف الامتصاص والبيانات المحاكاة لامتصاص مم متعدد الطبقات ذي الأبعاد المشار إليها.

يحتوي هيكل الطبقة الواحدة على ذروة رنين واحدة عند 5.42 تيراهرتز ، حيث يتم امتصاص 78٪ من الإشعاع الكهرومغناطيسي. في المقابل ، يحتوي الجهاز ثلاثي الطبقات على ثلاث قمم رنين متمركزة عن كثب مع نطاق تردد واسع من 4.08 تيراهرتز إلى 5.94 تيراهرتز ، حيث يكون الامتصاص أكبر من 60٪ لفهم أصل الخصائص الطيفية لتوزيعات الامتصاص المحاكاة في مستوى XZ للرنين الثلاثة. تكشف هذه التوزيعات بوضوح أن كل ERR يساهم في امتصاص النطاق العريض بمجرد إتقانه.

يمكن إجراء هذه التقنية في أقل من أربع وثماني ساعات إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن تكون منهجيا ومتسقا عند تنفيذ خطوات التصنيع. بعد مشاهدة هذا الفيلم ، سيكون لديك نظرة عامة جيدة جدا على تقنيات تصنيع النانو الدقيقة التي نستخدمها والتي تمكننا من صنع مجموعة من أجهزة ومكونات ertz بما في ذلك امتصاص Metamaterial.