Fabricação de simulação, e Caracterização de THz Absorvedores de metamateriais

O objetivo geral deste procedimento é simular, fabricar e caracterizar uma estrutura absorvedora de metamaterial terahertz. Primeiro, execute simulações para estabelecer o projeto ideal do absorvedor de metamaterial. Em seguida, fabrique esse design otimizado.

Em seguida, avalie o desempenho experimental do absorvedor usando espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. Os dispositivos absorvedores de metamateriais ertz de banda única, banda dupla e banda larga resultantes são capazes de absorção superior a 80% no pico de ressonância. E quando acoplado a um sensor apropriado, tem aplicações em imagens ertz e espectroscopia.

A tecnologia em que estamos trabalhando nos permitirá fazer pequenos sistemas de imagem terahertz portáteis, que serão portáteis, trabalhando em tecnologias Metamaterial, que esperamos integrar com sensores como barômetros, esperamos alcançar dispositivos de alta velocidade e alta sensibilidade. As implicações desta técnica se estendem para a rápida simulação de projeto, fabricação e caracterização de protótipos de dispositivos metamateriais terahertz. Este método não apenas demonstra como fabricar um absorvedor de metamaterial de telessaúde e também pode ser aplicado ao projeto e fabricação de outros dispositivos e componentes de metamateriais, como filtros, moduladores, lentes perfeitas e capas de invisibilidade.

Siga a seção de simulação no protocolo do artigo do periódico para projetar um absorvedor de metamaterial com as características desejadas do espectro de absorção. Limpar o silício em soluções sequenciais de acetona óptica transparente e isopropanol. Primeiro mergulhe no solvente a 50 graus Celsius por 10 minutos e, em seguida, submeta à agitação ultrassônica.

Em seguida, evapore uma bicamada de metal de titânio e ouro no silício usando um evaporador de feixe de elétrons. Observe que a espessura do metal deve ser maior que a profundidade da pele na frequência de operação desejada. Após a limpeza em solventes conforme descrito anteriormente, pipetar o primer VM 651 sobre a amostra e deixá-la repousar durante 20 segundos.

Em seguida, gire a amostra a 4.000 RPM por cinco segundos e asse em uma placa quente de contato a 120 graus Celsius por 60 segundos. Pipetar a poliamida sobre a amostra e deixá-la repousar durante 20 segundos. Lembre-se de permitir que a poliamida atinja a temperatura ambiente após a remoção do freezer.

Isso é para manter as propriedades de enchimento ao longo do tempo. Gire a amostra primeiro a 500 RPM por cinco segundos com uma aceleração de 100 RPMs para o negativo e rampa para 6.000 RPM com uma aceleração de 500 RPMs para o negativo por 60 segundos. Em seguida, asse a amostra em uma placa quente de contato a 140 graus Celsius por cinco minutos.

Para um filme de poliamida mais espesso, gire várias camadas ou reduza a velocidade de centrifugação final. Catalise a poliamida em uma placa de contato a 220 graus Celsius por 10 minutos. Em seguida, deposite, 15% 2010 PMMA na rotação da amostra a 5.000 RPM por 60 segundos.

Remova qualquer excesso de resistência que seja infiltrado na parte de trás da amostra usando acetona. Em seguida, asse em forno de convecção a 180 graus Celsius por 30 minutos. Assim que a amostra esfriar à temperatura ambiente, deposite 4% 2041 PMMA na amostra, gire e leve ao forno conforme mostrado anteriormente.

Agora, projete o arquivo de trabalho em Tanner L.Edite a fratura em polígonos pelo layout Beamer. E, finalmente, envie para o gravador de feixe usando o software de sino baseado em Java. Escreva o trabalho desejado usando uma dose de 450 micro curies centímetro quadrado no piloto de feixe de seis elétrons VB.

Em seguida, desenvolva a amostra em uma solução de MIBK um-para-um para IPA a 23 graus Celsius por 60 segundos. Enxágüe com isopropanol. Em seguida, inspecione a fidelidade do padrão em um microscópio óptico.

Se as características forem mal resolvidas, retire a acetona óptica resistente e o isopropanol e comece de novo. Escória a amostra com oxigênio usando um gala, o lasher de barril de preparação de plasma evaporou 20 nanômetros de titânio e 150 nanômetros de ouro usando um evaporador de feixe de elétrons. Insira a amostra em um béquer de acetona quente e aqueça a 50 graus Celsius em banho-maria por quatro horas usando uma pipeta.

Lave a amostra generosamente com acetona quente. Agora inspecione a amostra a olho nu para ver se o metal está decolando das áreas onde o PMMA estava presente. Se a descolagem estiver a progredir lentamente, colocar o copo no banho-maria ultra-sónico durante dois minutos.

Finalmente, inspecione a amostra sob o microscópio óptico. Ligue o suprimento de nitrogênio para o espectrômetro infravermelho de transformação de Fourier. Pressione o botão FIR na frente da unidade de controle do espectrômetro para ligar o arco de mercúrio lamp.

Insira o divisor de feixe multicamada de seis mícrons no slot apropriado na unidade de interferômetro. Em seguida, ventile o compartimento de amostra do espectrômetro e insira a unidade de reflexão de 30 graus. Coloque a abertura de sete milímetros em cima da abertura da unidade de reflexão e, em cima disso, coloque um espelho dourado.

Agora evacue o compartimento de amostra a uma pressão de cinco milibares. Inicie o software opus e carregue o arquivo de configuração para fazer medições na faixa de 30 a 300 centímetros inversos. E claro, o LED na frente do compartimento do detector está piscando em verde, indicando que o scanner está funcionando.

Verifique se a forma do interferograma é a esperada. Execute 100 verificações de fundo para obter o espectro de fundo. Ventile o compartimento de amostras, remova o espelho e coloque a amostra voltada para baixo na abertura.

Certifique-se de que o centro da amostra esteja no meio da abertura e, em seguida, evacue o compartimento de amostra. Em seguida, execute 1000 varreduras de amostra para obter o espectro de amostra. O software compara automaticamente o espectro da amostra com o fundo e o verdadeiro espectro de reflexão da amostra é exibido na tela.

Essas figuras mostram espectros de absorção para absorvedores de metamateriais com diferentes espessuras de espaçadores dielétricos. A amostra de poliamida de 7,5 mícrons de espessura sem estrutura de ressonador de anel elétrico tem uma absorção máxima de 5% em toda a faixa de frequência de interesse. Os dados experimentais mostram um pico de ressonância em 2,12 terahertz de 77% de magnitude de absorção.

Este resultado está em excelente concordância com o máximo de absorção simulado de 81% a 2,12 terahertz. Aqui, os dados são gerados a partir de absorvedores de MM com a mesma geometria ERR para diferentes espessuras de poliamida que variam de um a 7,5 mícrons, e para um absorvedor onde o dielétrico é de três mícrons de dióxido de silício. À medida que a espessura da poliamida aumenta de um mícron para 3,1 mícrons, o pico de absorção aumenta.

Mas em espessuras de poliamida superiores a 3,1 mícrons, há uma ligeira redução no valor de absorção de pico. Um desvio para o vermelho distinto de 0,25 terahertz é observado à medida que a espessura da poliamida aumenta de um mícron para 7,5 mícrons. A permissividade e permeabilidade efetivas podem ser extraídas dos dados simulados por meio da inversão dos parâmetros S, conforme mostrado aqui para o absorvedor MM simulado com um espaçador de poliamida de 3,1 mícrons de espessura.

As partes reais da cruz óptica de Constance perto de zero, uma condição necessária para a reflexão zero na frequência de absorção máxima. Há um pico do componente imaginário da permeabilidade implicando alta absorção. Erl. O FDTD também pode ser usado para estabelecer a localização da absorção dentro da estrutura MM.

Esses gráficos demonstram claramente que a maior parte da energia é dissipada como perda ômica na camada ERR e como perda dielétrica nos primeiros 500 nanômetros de poliamida. Abaixo dessa camada, várias aplicações, como a espectroscopia de terahertz, requerem sensores que exibam absorção de terahertz de banda larga. Desenvolvemos duas estratégias para realizar essa absorção de banda larga.

A primeira estratégia empilha camadas alternadas de RR metálico e camadas dielétricas no topo de um plano de aterramento contínuo em diferentes camadas, cruzes de comprimentos diferentes, suportam vários modos ressonantes posicionados juntos no espectro de absorção. Ao ajustar a espessura dielétrica, a estrutura multicamadas pode ser combinada com a impedância do espaço livre em cada frequência ressonante e absorção de banda larga obtida. Em seguida, um processo padrão de registro de feixe de elétrons é usado para alinhar o RS um sobre o outro em um segundo. Estratégia.

Quatro Rs incorporados em um super pixel de quatro cores são projetados em uma única camada dielétrica. Esse dispositivo é muito mais simples de fabricar do que o absorvedor multicamadas. Este gráfico mostra o espectro de absorção e os dados simulados para um absorvedor de mm multicamadas de dimensões indicadas.

A estrutura de uma camada tem um único pico de ressonância a 5,42 terahertz, onde 78% da radiação EM é absorvida. Em contraste, o dispositivo de três camadas possui três picos ressonantes posicionados de perto com uma ampla banda de frequência de 4,08 terahertz a 5,94 terahertz, onde a absorção é superior a 60%Para entender a origem das características espectrais das distribuições de absorção simuladas no plano XZ das três ressonâncias são plotadas. Essas distribuições revelam claramente que cada ERR contribui para a absorção de banda larga Uma vez dominado.

Esta técnica pode ser feita em menos de quatro oito horas se realizada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de ser metódico e consistente ao executar as etapas de fabricação. Depois de assistir a este filme, você terá uma visão geral muito boa das tecnologias de fabricação de micro nano que usamos que nos permitem fazer uma variedade de dispositivos e componentes ertz, incluindo absorvedores de metamateriais.