Name: simulation, fabrication and characterization of thz metamaterial absorbers
Uploaded: 2012-12-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers at JoVE.com

Questo lavoro è supportato dal Dipartimento di Ingegneria e Scienze Fisiche Research Council numero di concessione EP/I017461/1. Desideriamo inoltre riconoscere il contributo svolto dal personale tecnico del Centro Nanofabrication James Watt.

<p class="jove_title"&gt; 1. Simulazione di un assorbitore singolo banda THz Metamateriale</p&gt;<p class="jove_content"&gt; Una vista 3D simulazione del set-up è mostrato in<strong&gt; Figura 2</strong&gt;.</p&gt;<ol&gt;<li&gt; Lumerical FDTD è utilizzata per ottimizzare le caratteristiche di trasmissione, riflessione e assorbimento della assorbitore THz metamateriale. Tutte le unità sono in micron.</li&gt;<li&gt; Definire il THz poliimmide proprietà del materiale da sinistra cliccando<em&gt; Materiali, Aggiungi (n, k) materiale</em&gt; 1,...

<ol>
	<li>Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena.">Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena.</a> IEEE Trans. Microw. Theory. 47, 2075-2084 (1999).</li><li>Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena.">Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena.</a> IEEE Microw Theory. 47, 2075-2084 (1999).</li><li>Smith, D. R., Padilla, W. J., Vier, D. C., Nemat-Nasser, S. C., Schultz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+medium+with+simultaneously+negative+permeability+and+permittivity.">Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity.</a> Phys. Rev. Lett. 84, 4184-4187 (2000).</li><li>Dolling, G., Wegener, M., Linden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+a+three-functional-layer+negative-index+photonic+metamaterial.">Realization of a three-functional-layer negative-index photonic metamaterial.</a> Opt. Lett. 32, 551-553 (2007).</li><li>Zhang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+near-infrared+negative-index+metamaterials.">Experimental demonstration of near-infrared negative-index metamaterials.</a> Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).</li><li>Linden, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+response+of+metamaterials+at+100+terahertz.">Magnetic response of metamaterials at 100 terahertz.</a> Science. 306, 1351-1353 (2004).</li><li>Landy, N. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+theory,+and+measurement+of+a+polarization-insensitive+absorber+for+terahertz+imaging.">Design, theory, and measurement of a polarization-insensitive absorber for terahertz imaging.</a> Phys. Rev. B. 79, 125104-12 (2009).</li><li>Gokkavas, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+a+left-handed+metamaterial+operating+at+100+GHz.">Experimental demonstration of a left-handed metamaterial operating at 100 GHz.</a> Phys. Rev. B. 73, 193103 (2006).</li><li>Smith, D. R., Kroll, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+refractive+index+in+left-handed+materials.">Negative refractive index in left-handed materials.</a> Phys. Rev. Lett. 85, 2933-2936 (2000).</li><li>Wiltshire, M. C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructured+magnetic+materials+for+RF+flux+guides+in+magnetic+resonance+imaging.">Microstructured magnetic materials for RF flux guides in magnetic resonance imaging.</a> Science. 291, 849-851 (2001).</li><li>Pendry, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+refraction+makes+a+perfect+lens.">Negative refraction makes a perfect lens.</a> Phys. Rev. Lett. 85, 3966-3969 (2000).</li><li>Kabashin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+nanorod+metamaterials+for+biosensing.">Plasmonic nanorod metamaterials for biosensing.</a> Nat. Mater. 8, 867-871 (2009).</li><li>Dolling, G., Enkrich, C., Wegener, M., Soukoulis, C. M., Linden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-loss+negative-index+metamaterial+at+telecommunication+wavelengths.">Low-loss negative-index metamaterial at telecommunication wavelengths.</a> Opt. Lett. 31, 1800-1802 (2006).</li><li>Schurig, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterial+electromagnetic+cloak+at+microwave+frequencies.">Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies.</a> Science. 314, 977-980 (2006).</li><li>Chen, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+frequency-agile+terahertz+metamaterials.">Experimental demonstration of frequency-agile terahertz metamaterials.</a> Nat. Photonics. 2, 295-298 (2008).</li><li>Ma, Y., Khalid, A., Saha, S. C., Grant, J. P., Cumming, D. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=THz+band+pass+filter+on+plastic+substrates+and+its+application+on+biological+sensing.">THz band pass filter on plastic substrates and its application on biological sensing.</a> IEEE Photonics Society Winter Topicals Meeting Series. , 50-51 (2010).</li><li>Grant, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+insensitive+terahertz+metamaterial+absorber.">Polarization insensitive terahertz metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 1524-1526 (2011).</li><li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+terahertz+polarization+insensitive+dual+band+metamaterial+absorber.">A terahertz polarization insensitive dual band metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 945-947 (2011).</li><li>Grant, J., Ma, Y., Saha, S., Khalid, A., Cumming, D. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+insensitive,+broadband+terahertz+metamaterial+absorber.">Polarization insensitive, broadband terahertz metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 3476-3478 (2011).</li><li>Tonouchi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutting-edge+terahertz+technology.">Cutting-edge terahertz technology.</a> Nat. Photon. 1, 97-105 (2007).</li><li>D. Schurig, J. J. M., Justice, B. J., Cummer, S. A., Pendry, J. B., Starr, A. F., Smith, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+Cloaking+Realized.">Microwave Cloaking Realized.</a> Science. 314, 889 (2006).</li><li>Padilla, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+resonant+terahertz+metamaterials:+Theoretical+and+experimental+investigations.">Electrically resonant terahertz metamaterials: Theoretical and experimental investigations.</a> Phys. Rev. B. 75, 041102 (2007).</li><li>Smith, D. R., Vier, D. C., Koschny, T., Soukoulis, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+parameter+retrieval+from+inhomogeneous+metamaterials.">Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials.</a> Phys. Rev. E. 71, (2005).</li><li>Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., Padilla, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perfect+metamaterial+absorber.">Perfect metamaterial absorber.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 207402 (2008).</li><li>Hao, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+optical+absorber+based+on+a+plasmonic+metamaterial.">High performance optical absorber based on a plasmonic metamaterial.</a> Appl. Phys. Lett. 96, 251104 (2010).</li><li>Chen, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+theory+of+metamaterial+perfect+absorbers.">Interference theory of metamaterial perfect absorbers.</a> Opt. Express. 20, 7165-7172 (2012).</li><li>Lee, A. W. M., Hu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time,+continuous-wave+terahertz+imaging+by+use+of+a+microbolometer+focal-plane+array.">Real-time, continuous-wave terahertz imaging by use of a microbolometer focal-plane array.</a> Optics Letters. 30, 2563-2565 (2005).</li><li>Thermo Nicolet Corporation. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Fourier Transform Infared Spectroscopy. , (2001).</li></ol>

Questo protocollo descrive la fabbricazione, simulazione e caratterizzazione di THz assorbitori metamateriale. E &#39;essenziale di tali sub-lunghezza d&#39;onda strutture sono esattamente simulato prima di ogni sforzo si è impegnata a costose procedure di fabbricazione. Lumerical simulazioni FDTD fornire informazioni non solo sul spettro di assorbimento MM, ma anche la posizione del assorbimento, conoscenza essenziale per facilitare il posizionamento di un trasduttore e ottenere la risposta massima. Inoltre l&#39;algo...

Questo protocollo descrive la fabbricazione, simulazione e caratterizzazione di singola banda e banda larga assorbitori MM THz. Il dispositivo, illustrato nella figura 1, è costituito da una croce di metallo e uno strato dielettrico sulla sommità di un piano di massa di metallo. La struttura a croce è un esempio di un anello elettrico risonatore (ERR) 20,21 e coppie fortemente a campi elettrici uniformi, ma trascurabile ad un campo magnetico. Accoppiando la ERR con un piano di massa, il componente magnetico dell&#39;onda incidente THz induce una corrente nelle sezioni della ERR che sono paralleli alla direzione del campo elettrico. La risposta elettrici e magnetici possono essere sintonizzate indipendentemente e l&#39;impedenza della struttura corrispondente allo spazio libero variando la geometria del ERR e la distanza tra i due elementi metallici. Come mostrato nella Figura 1 (d), la simmetria dei risultati struttura in una risposta insensibile assorbimento polarizzazione.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / materiale </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti </td></tr><tr><td> Lumerical FDTD </td><td> Lumerical </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Wafer di silicio </td><td> IDB tecnologie </td><td></td><td> Un solo lato lucido </td></tr><tr><td> Plassys 450 MEB evaporatore </td><td> Plassys Bestek </td><td></td><td></td></tr><tr><td> VM651 Primer </td><td> Dupont </td><td></td><td></td></tr><tr><td> PI2545 </td><td> Dupont </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Metilisobutilchetone </td><td> Sigma-Aldrich </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Isopropanolo </td><td> Sigma-Aldrich </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Plasmaprep5 barile Asher </td><td> Gala Instrumente </td><td></td><td></td></tr><tr><td> VB6 UHR EWF a fascio di elettroni scrittore </td><td> Vistec </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Tanner L-Edit </td><td> Tanner Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Layout di Beamer </td><td> Genisys Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Polimetilmetacrilato (PMMA) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 293261 Sigma-Aldrich </td><td></td></tr><tr><td> IFV 66v / s FTIR </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Pike 30spec riflessione unità </td><td> Pike Technologies </td><td> &lt;/ Td&gt; <td></td></tr><tr><td> Hg lampada ad arco </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Au specchio </td><td> Thor Labs </td><td> PF05-03-M01 </td><td></td></tr><tr><td> Leica INM20 microscopio ottico </td><td> Leica Microsystems </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 6 beamsplitter Mylar millimetri </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

simulation, fabrication and characterization of thz metamaterial absorbers

Metamateriali (MM), materiali artificiali progettati per avere le proprietà che non possono essere presenti in natura, sono stati ampiamente esplorato in quanto la prima dimostrazione teorica e sperimentale 1 2 di loro proprietà uniche. MM in grado di fornire una risposta elettromagnetico altamente controllabile, e fino ad oggi sono state dimostrate in ogni gamma tecnologicamente rilevante spettrale compresa l&#39;ottica 3, vicino IR 4, metà IR 5, THz 6, mm-wave 7, 8 e forno a microonde radio 9 bande. Le applicazioni includono lenti perfette 10, 11, sensori di telecomunicazione 12, mantelli dell&#39;invisibilità 13 e filtri 14,15. Abbiamo recentemente sviluppato singola banda 16, 17 e dual band banda larga 18 dispositivi assorbitori THz metamateriale grado di assorbimento superiore a 80% al picco di risonanza. Il concetto di un assorbitore MM è especially importante a frequenze THz in cui è difficile trovare forti frequenza ammortizzatori selettivi THz 19. Nel nostro assorbitore MM radiazione THz è assorbito in uno spessore di ~ λ/20, superando la limitazione spessore di assorbitori tradizionali quarto d&#39;onda. Assorbitori MM naturalmente si prestano ad applicazioni di rilevazione THz, come i sensori termici, e, se integrato con fonti THz idonei (QCLs ad esempio), potrebbe portare a compatta, altamente sensibile, a basso costo, in tempo reale THz sistemi di imaging.

Figura 5 (a) mostra gli spettri di assorbimento ottenuti sperimentalmente e simulato per un assorbitore mm con 3,1 micron di spessore distanziatore di poliimmide dielettrico. Questa struttura ha una ripetizione MM-periodo di 27 micron e dimensioni K = 26 micron, L = 20 micron, M = 10 micron e N = 5 micron. Misure sperimentali sono stati effettuati su campioni senza ERR strato per confermare che l&#39;assorbimento è una conseguenza della struttura MM e non del dielettrico. I 7,5 micron di spessore polii...

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Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Questo protocollo descrive la fabbricazione, simulazione e caratterizzazione di THz assorbitori metamateriale. Tali assorbitori, quando accoppiato con un apposito sensore, avere applicazioni in imaging e spettroscopia THz.

Simulazione, fabbricazione e caratterizzazione di THz Assorbitori metamateriale

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

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