Metamateriale forbedrer følsomheden af ​​infrarød absorptionsspektroskopi 100 gange

Et lokalt forskerhold, består af medlemmer af Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) under Ministeriet for Videnskab og ICT og UNIST, udviklet en metamaterialeabsorber, der markant forbedrer påvisningen af ​​skadelige stoffer eller biomolekyler, og publicerede deres resultater i Små metoder .

Det fælles forskerhold ledet af hovedforsker Dr. Joo-Yun Jung fra Nano-Convergence Mechanical Systems Research Division ved KIMM og professor Jongwon Lee fra UNIST udviklede et metamateriale, der forbedrer infrarød absorptionsspektroskopi gennem 100 gange forstærkning af detektionssignaler. Det foreslåede metamateriale er et særligt funktionelt materiale med lodrette nanogaps af en mindre størrelse end infrarød bølgelængde.

Infrarød spektroskopi er en teknik, der identificerer komponenter baseret på mønstre af reflekteret lys ved at måle egenskaberne af molekyler til at absorbere infrarødt af deres iboende frekvenser. Hvis der kun påvises små spor af målstoffet, resultaterne vil ikke være så signifikante på grund af den lille forskel i lysintensiteten.

Det foreslåede metamateriale samler og frigiver lysenergi på én gang, derved inducerer en større lysintensitet, der kan absorberes af molekyler. De forstærkede signaler gør det muligt at opnå mere tydelige resultater, selv når der arbejdes med små spor af stoffer.

Krydsformede nanoantenner blev dannet i en metal-isolator-metal-konfiguration. Det midterste isolerende lag havde en tykkelse på 10 nm; lodrette mellemrum blev anvendt for at maksimere lysabsorption af molekyler.

Inyong Hwang, en forsker ved Institut for Elektroteknik ved UNIST, sagde, "Det foreslåede metamateriale opnåede en rekordstor forskel på 36% i vores demonstration på et monolag med en tykkelse på 2,8 nm. Dette er den bedste rekord opnået til dato blandt monolagsdetektionseksperimenter."

Det foreslåede metamateriale kan nemt masseproduceres og tilbyder lavprisfremstilling. Mens højopløsningsstrålelitografi var påkrævet for at danne mikrostrukturer på metamaterialeoverflader, holdets SEIRA-platform er afhængig af mere overkommelige nanoimprint-litografi og tørætsningsprocesser.

Dr. Joo-Yun Jung, hovedforsker ved KIMM, sagde, "Ved at bruge nanoimprint-processen, vi kan få metamaterialer i metal-isolator-metal-konfigurationen, og bearbejde dem til ønskede mønstre. Oven i købet, den tørre ætsningsprocessen tillader masseproduktion af mikrostrukturerede metamaterialer."

Professor Jongwon Lee fra UNIST sagde, "Vores undersøgelse er den første til at inducere nærfeltsforstærkning og løse nærfeltseksponering ved hjælp af lodrette mellemrum. Teknikken forventes at have store applikationer, især til infrarøde sensorer, der bruges til påvisning af biomolekyler, skadelige stoffer, og gasser."