Metamaterial på terahertz frekvenser erbjuder unika möjligheter, men är utmanande att tillverka i bulk. Vi anpassar tillverkningsproceduren för mikrostrukturerade polymer optiska fibrer till billigt fabricera metamaterial potentiellt på en industriell skala. Vi producerar polymetylmetakrylat fibrer som innehåller ~ 10 nm ledningar diameter indium åtskilda av ~ 100 nm, som uppvisar en terahertz plasmoniska svar.
Metamaterial är konstgjorda kompositmaterial, tillverkats genom montering av komponenter är mycket mindre än den våglängd där de verkar 1. De skyldiga sina elektromagnetiska egenskaper i strukturen av deras väljare, i stället för de atomer som bildar dem. Exempelvis kan sub-våglängd metalltrådar anordnas att ha en effektiv elektrisk permittivitet som är antingen positiv eller negativ vid en given frekvens, i motsats till metallerna själva 2. Denna oöverträffad kontroll över beteende ljus kan potentiellt leda till ett antal nya enheter, t.ex. osynlighet kappor 3, negativa brytningsindex material 4, och linser som löser föremål under diffraktionsgränsen 5. Men metamaterial som arbetar vid optiska, mid-IR och terahertz frekvenser konventionellt tillverkad med hjälp av nano-och mikro-tillverkningsteknik som är dyra och ger prov som är högst ett par centimetres i storlek 6-7. Här presenterar vi ett tillverkningsmetod för att producera hundratals meter metamaterial metalltråd i fiberform, som uppvisar en terahertz plasmoniska svar 8. Vi kombinerar bunten-och-dra teknik som används för att framställa mikrostrukturerad polymer optisk fiber 9 med Taylor-tråd-processen 10, med användning av indium ledningar inuti polymetylmetakrylat (PMMA) rör. PMMA har valts eftersom det är lätt att hantera, utdragbart dielektrikum med lämpliga optiska egenskaper i terahertz regionen, indium, eftersom det har en smälttemperatur på 156,6 ° C som är lämplig för codrawing med PMMA. Vi inkluderar ett indium tråd av 1 mm diameter och 99,99% renhet i en PMMA-rör med 1 mm innerdiameter (ID) och 12 mm ytterdiameter (OD), som är förseglad vid ena änden. Röret evakueras och dras ned till en yttre diameter av 1,2 mm. Den resulterande fibern är sedan skärs i mindre bitar, och staplas i en större PMMA-rör. Denna stapel är förseglad vid enänden och matas till en ugn medan den snabbt dras, reducera diametern hos strukturen med en faktor av 10, och ökning av längden med en faktor av 100. Sådana fibrer har funktioner på mikro-och nanonivå, är i sig flexibla, mass-producerbar, och kan vävas uppvisa elektromagnetiska egenskaper som inte finns i naturen. De representerar en lovande plattform för ett antal nya enheter från terahertz till optiska frekvenser, såsom osynliga fibrer, vävda negativa brytningsindex dukar index och super-lösa objektiv.
Tekniken som presenteras här tillåter tillverkning av kilometer kontinuerliga tredimensionella metamaterial med mikroskala funktionen storlekar, som har en plasmoniska svar (och därmed en skräddarsydd elektrisk permittivitet) i THz området, effektivt beter sig som en högpassfilter. Detta kan experimentellt karakteriseras med användning terahertz tidsdomänen spektroskopi 11. Sådana fiber-formade metamaterial kan skäras och staplas i bulkmaterial att förverkliga ett stort antal enheter, eller vävda …
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöddes enligt australisk Vetenskapsrådets Discovery Projekt finansieringssystem (projektnummer DP120103942). BTK och AA är mottagare av en australisk forskningsråd Future Fellowship (FT0991895) och Australian Research Fellowship (DP1093789) respektive.
Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
Indium 99.99% Wire, 1 mm diameter | AIM Specialty | Available on request | www.aimspecialty.com http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf |
2-Propanol(Isopropanol) | Sigma-Aldrich | Product Number 190764 |
http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086 |
Adhesive tape | Staples | ||
One Wrap PTFE Tape, 5 ml x 12 mmW x 0.2 mmT | RS Components | RS Stock Number 231-964 |
http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/ |
50 Micron Aluminium Foil Tape | Advance Adhesive Tapes | AT506 | http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81 |
Blu-tak | Bostik | http://www.blutack.com/index.html | |
Araldite Quick Set | Selleys | http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set | |
PMMA tubes: – ID 6 mm, OD 12 mm – ID 9 mm, OD 12 mm |
B & M Plastics: Plastic Fabrication | Available on request | http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm |
Equipment Requirements | |||
|