Simulación, Fabricación y Caracterización de THz Amortiguadores metamateriales

El objetivo general de este procedimiento es simular, fabricar y caracterizar una estructura absorbente de metamaterial de terahercios. En primer lugar, realice simulaciones para establecer el diseño óptimo del absorbente de metamaterial. A continuación, fabrica este diseño optimizado.

A continuación, evalúe el rendimiento experimental del absorbedor utilizando espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier. Los dispositivos absorbentes de metamaterial ertz de banda única, banda doble y banda ancha resultantes son capaces de absorber más del 80% en el pico de resonancia. Y cuando se combina con un sensor apropiado, tiene aplicaciones en imágenes y espectroscopía de ertz.

La tecnología en la que estamos trabajando nos permitirá hacer pequeños sistemas de imágenes de terahercios portátiles, que serán portátiles trabajando en tecnologías de metamateriales, que esperamos integrar con sensores como barómetros, esperamos poder lograr dispositivos de alta velocidad y alta sensibilidad. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el diseño rápido, la simulación, la fabricación y la caracterización de prototipos de dispositivos de metamateriales de terahercios. Este método no solo demuestra cómo fabricar un absorbedor de metamateriales de telesalud, sino que también se puede aplicar al diseño y fabricación de otros dispositivos y componentes de metamateriales, como filtros, moduladores, lentes perfectas y capas de invisibilidad.

Siga la sección de simulación en el protocolo del artículo de revista para diseñar un absorbedor de metamaterial con las características de espectro de absorción deseadas. Limpie el silicio en soluciones secuenciales de acetona transparente óptica e isopropanol. Primero sumergir en el disolvente a 50 grados centígrados durante 10 minutos y luego someter a agitación ultrasónica.

A continuación, evapore una bicapa metálica de titanio y oro sobre el silicio utilizando un evaporador de haz de electrones. Tenga en cuenta que el espesor del metal debe ser mayor que la profundidad de la piel a la frecuencia de funcionamiento deseada. Después de limpiar con disolventes como se ha descrito anteriormente, pipetee la imprimación VM 651 sobre la muestra y déjela reposar durante 20 segundos.

A continuación, gire la muestra a 4.000 rpm durante cinco segundos y hornee en una placa caliente de contacto a 120 grados centígrados durante 60 segundos. Pipetear la poliamida sobre la muestra y dejar reposar durante 20 segundos. Recuerde dejar que la poliamida alcance la temperatura ambiente después de sacarla del congelador.

Esto es con el fin de mantener las propiedades de relleno a lo largo del tiempo. Gire la muestra primero a 500 RPM durante cinco segundos con una aceleración de 100 RPM al negativo y aumente a 6.000 RPM con una aceleración de 500 RPM al negativo durante 60 segundos. A continuación, hornee la muestra en una placa caliente de contacto a 140 grados centígrados durante cinco minutos.

Para una película de poliamida más gruesa, centrifuga varias capas o reduce la velocidad de centrifugado final. Cura la poliamida en una placa calefactora de contacto a 220 grados centígrados durante 10 minutos. A continuación, deposite 15% de PMMA 2010 en el centrifugado de la muestra a 5.000 RPM durante 60 segundos.

Elimine cualquier exceso de resistencia que se haya deslizado por la parte posterior de la muestra con acetona. Luego hornee en un horno de convección a 180 grados centígrados durante 30 minutos. Una vez que la muestra se haya enfriado a temperatura ambiente, deposite 4%2041 PMMA en la muestra, gire y hornee como se muestra anteriormente.

Ahora, diseñe el archivo de trabajo en Tanner L.Edite la fractura en polígonos mediante el diseño Beamer. Y, por último, envíelo al escritor de vigas utilizando el software de campana basado en Java. Escriba el trabajo deseado utilizando una dosis de 450 micro curies centímetros cuadrados en el jinete de haz de seis electrones VB.

A continuación, revele la muestra en una solución de MIBK a IPA uno a uno a 23 grados Celsius durante 60 segundos. Enjuague con isopropanol. A continuación, inspeccione la fidelidad del patrón en un microscopio óptico.

Si las características no se resuelven bien, retire la acetona óptica resistente y el isopropanol y comience de nuevo. Des rocía la muestra con oxígeno usando un gala, láser de barril de preparación de plasma y luego evapora 20 nanómetros de titanio y 150 nanómetros de oro usando un evaporador de haz de electrones. Inserte la muestra en un vaso de precipitados de acetona tibia y caliente a 50 grados centígrados en un baño de agua durante cuatro horas con una pipeta.

Lave la muestra generosamente con la acetona tibia. Ahora inspeccione la muestra a ojo para ver si el metal se desprende de las áreas donde había PMMA presente. Si el despegue avanza lentamente, coloque el vaso de precipitados en el baño de agua ultrasónico durante dos minutos.

Finalmente, inspeccione la muestra bajo el microscopio óptico. Encienda el suministro de nitrógeno al espectrómetro infrarrojo transformado de Fourier. Presione el botón FIR en la parte frontal de la unidad de control del espectrómetro para encender la lámpara de arco de mercurio.

Inserte el divisor de haz multicapa de seis micras en la ranura apropiada de la unidad de interferómetro. A continuación, ventile el compartimento de muestras del espectrómetro e inserte la unidad de reflexión de 30 grados. Coloque la apertura de siete milímetros encima de la apertura de la unidad de reflexión y, encima de esto, coloque un espejo dorado.

Ahora evacúe el compartimento de la muestra a una presión de cinco milibares. Inicie el software opus y cargue el archivo de configuración para tomar medidas en el rango de 30 a 300 centímetros inversos. Y claro, el LED en la parte frontal del compartimiento del detector parpadea en verde, lo que indica que el escáner está funcionando.

Compruebe que la forma del interferograma es la esperada. Ejecute 100 análisis en segundo plano para obtener el espectro de fondo. Ventile el compartimento de la muestra, retire el espejo y coloque la muestra boca abajo sobre la abertura.

Asegúrese de que el centro de la muestra esté en el centro de la abertura y, a continuación, evacúe el compartimento de la muestra. A continuación, ejecute 1000 escaneos de muestra para obtener el espectro de muestra. El software compara automáticamente el espectro de la muestra con el fondo y el espectro de reflexión real de la muestra se muestra en la pantalla.

Estas figuras muestran los espectros de absorción para absorbentes de metamateriales con diferentes espesores de espaciadores dieléctricos. La muestra de poliamida de 7,5 micras de espesor sin estructura de resonador de anillo eléctrico tiene una absorción máxima del 5% en todo el rango de frecuencia de interés. Los datos experimentales muestran un pico de resonancia a 2,12 terahercios con una magnitud de absorción del 77%.

Este resultado concuerda excelentemente con el máximo de absorción simulado del 81% a 2,12 terahercios. En este caso, los datos se generan a partir de absorbedores MM con la misma geometría ERR para diferentes espesores de poliamida que van desde una a 7,5 micras, y para un absorbedor en el que el dieléctrico es de tres micras de dióxido de silicio. A medida que el grosor de la poliamida aumenta de una micra a 3,1 micras, aumenta el pico de absorción.

Pero a espesores de poliamida superiores a 3,1 micras, hay una ligera reducción en el valor máximo de absorción. Se observa un claro corrimiento al rojo de 0,25 terahercios a medida que el grosor de la poliamida aumenta de una micra a 7,5 micras. La permitividad y permeabilidad efectivas se pueden extraer de los datos simulados mediante la inversión de los parámetros S, como se muestra aquí para el absorbedor MM simulado con un espaciador de poliamida de 3,1 micras de espesor.

Las partes reales del Constance óptico cruzan cerca de cero, una condición requerida para la reflexión cero a la frecuencia de máxima absorción. Hay un pico del componente imaginario de la permeabilidad que implica una alta absorción. Erl. FDTD también se puede utilizar para establecer la ubicación de la absorción dentro de la estructura MM.

Estos gráficos demuestran claramente que la mayor parte de la energía se disipa como pérdida ómica en la capa ERR y como pérdida dieléctrica en los primeros 500 nanómetros de poliamida. Por debajo de esta capa, varias aplicaciones, como la espectroscopia de terahercios, requieren sensores que muestren una absorción de terahercios de banda ancha. Hemos desarrollado dos estrategias para lograr dicha absorción de banda ancha.

La primera estrategia apila capas alternas de RR metálico y capas dieléctricas sobre un plano de tierra continuo en diferentes capas, cruces de diferentes longitudes, soportan varios modos resonantes colocados muy juntos en el espectro de absorción. Al ajustar el espesor dieléctrico, la estructura multicapa se puede adaptar a la impedancia al espacio libre en cada frecuencia de resonancia y absorción de banda ancha obtenida. A continuación, se utiliza un proceso estándar de registro de haz de electrones para alinear los RS uno encima del otro en un segundo. Estrategia.

Cuatro R incorporadas en un superpíxel de cuatro colores están diseñadas en una sola capa dieléctrica. Un dispositivo de este tipo es mucho más sencillo de fabricar que el absorbente multicapa. Este gráfico muestra el espectro de absorción y los datos simulados para un absorbedor de mm multicapa de las dimensiones indicadas.

La estructura de una capa tiene un solo pico de resonancia a 5,42 terahercios, donde se absorbe el 78% de la radiación EM. En contraste, el dispositivo de tres capas tiene tres picos resonantes estrechamente posicionados con una amplia banda de frecuencia de 4.08 terahercios a 5.94 terahercios, donde la absorción es superior al 60%Para comprender el origen de las características espectrales de las distribuciones de absorción simuladas en el plano XZ de las tres resonancias se grafican. Estas distribuciones revelan claramente que cada ERR contribuye a la absorción de banda ancha una vez dominada.

Esta técnica se puede realizar en menos de cuatro ocho horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar ser metódico y coherente al realizar los pasos de fabricación. Después de ver este vídeo, tendrá una muy buena visión general de las tecnologías de fabricación de micro nano que utilizamos y que nos permiten fabricar una gama de dispositivos y componentes de Ertz, incluidos los absorbentes de Metamaterial.