مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

فراسطح فلز-عایق-فلز با نانو آنتن ضربدری شکل به عنوان جاذب کامل با پهنای باند بزرگ در ناحیۀ مادون قرمز نزدیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حمیده همتی کلی 1
ابراهیم مددی 2
مجتبی نصیری 1

1 دانشکده علوم، گروه فیزیک، دانشگاه زنجان، زنجان

2 دانشکده علوم مهندسی و مهندسی فیزیک، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا

https://doi.org/10.47176/ijpr.26.2.12280
چکیده
در این مقاله، یک فراسطح فلز-دی‌الکتریک-فلز پیشنهاد شده و اثر پارامترهای مختلف بر ویژگی‌های جذب آن بررسی شده است. این ساختار در ناحیۀ مادون قرمز نزدیک دارای جذب کامل موج الکترومغناطیسی با پهنای باند بزرگ است. ساختار هندسی مورد مطالعه، از دو میلۀ طلا‌ با مقطع مستطیلی با طول و عرض متفاوت در هر سلول واحد تشکیل شده است که به‌صورت یک آرایۀ دو بُعدی بر روی یک زیرلایۀ طلا با یک لایۀ میانی دی‌الکتریک، قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌های عددی انجام‌شده به روش المان محدود (FEM) نشان می‌دهند که با تنظیم پارامترهای هندسی این ساختار، از جمله ضخامت لایۀ میانی، زاویۀ چرخش یکی از میله‌ها، و جابه‌جایی یکی از میله‌ها نسبت به دیگری، می‌توان میزان جذب موج الکترومغناطیسی را در بازۀ طول موجی 330 نانومتری به مقدار 97% تا 8/99% رساند. به طور معادل، در این بازۀ طول موجی، بازتاب نزدیک صفر است. منشأ این جذب بالا را می‌توان به تداخل‌های ویرانگر ناشی از امواج متوالی خروجی از لایۀ‌ دی‌الکتریک و تطابق امپدانس معادل در نانوآنتن‌ها و خلاء نسبت داد. این ساختار می‌تواند در حسگرهای مختلف و همچنین به عنوان جاذب‌های کامل در ناحیۀ مادون قرمز استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

فراسطح فلز-عایق-فلز
جاذب کامل
ناحیۀ مادون قرمز
نانوآنتن ضربدری
موضوعات

عنوان مقاله English

Broad band metal-insulator-metal (MIM) perfect absorber metasurface with cross-shaped nanoantennas in the near infrared region

نویسندگان English

Hamideh Hemmati Koli 1
Ebrahim Madadi 2
MOjtaba Nasiri 1
1 Department of Physics, Faculty of Science, University of Zanjan, Zanjan,Iran
2 Department of Engineering Sciences and Physics, Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Qazvin, Iran
چکیده English

In this paper, a metal-insulator-metal (MIM) metasurface is proposed and the influence of various parameters on its absorption properties is investigated. This metasurface shows broadband perfect absorbtion of electromagnetic wave in the near infrared spectral region. The nanoantennas consist of two different gold rectangular bars in a unit cell. The most bottom layer is made of Au, and the middle spacer is a dielectric material. Numerical simulations based on the finite element method (FEM) show that by tuning the geometrical parameters of the cross-shape, such as the rotation angle and displacement of one of the bars, and also tuning the thickness of middle spacer, one can achieve more than 97% to 99.8% absorbtion over a 330 banwidth, with correspondingly negligible reflectance. The near perfect absorption results from the destructive interference of succesive internal reflections within the spacer and impedance matching between the metasurface and vacuum. This metasurface can be used as an infrared sensor and a perfect absorber.

کلیدواژه‌ها English

Metal-insulator-metal metasurface
Perfect absorber
Near infrared region
Crossed nanoantennas
1.       G V Naik, V M Shalaev, and A Boltasseva, Proc.SPIE 7754, Metamaterials: Fundamentals and Applications III 7754OM (2010).
2.       S Turker-Kaya, and C W Huck, Molecules, 22 (2017) 168.
3.       C L Amiot, S Xu, S Liang, L Pan, and J X Zhao, Sensors, 8 (2008) 3082.
4.       Z Mahmut, C Zhang, F Ruan, N Shi, X Zhang, Z Tang, B Dong, D Gao, and J Sun, Molecules, 28 (2023) 6085.
5.       B Mizaikoff, Chemical Society Reviews, 42 (2013) 8683.
6.       S Lee, K Yasumoti, M Morita, H Kawanishi, and S Kawahito, Sensors, 20 (2020) 116.
7.       X Hao, Y Chen, M Liu, X Min, X Cheng, Q Wang, Q Xu, X Zhang, and J Han, Advanced Optical Materilas, 12 (2024) 2302975.
8.       P Xie, W Wang, and Y Kivshar, Applied Physics Reviews, 12 (2025) 021307.
9.       N L Landy, S Sajuyigbe, J J Mock, D R Smith, and W J Padilla, Phys. Rev. Lett., 100 (2008) 207402.
10.    I M Watson, V J Realmuto, W I Rose, A J Prata, G J S Bluth, Y Gu, C E Bader, and T Yu, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 135 (2004) 75.
11.    A Rogalski, Infrared Physics and Technology, 54 (2011) 136.
12.    X Cui, X Cui, Q Zhu, S Yin, X Shi, L Zhang, B Yu, Y Hong, and W Chen, Sensors and Actuators B: Chemical, 430 (2025) 137329.
13.    N Argirusis, A Achilleos, N Alizadeh, C Argirusis, and G Sourkouni, Sensors, 25 (2025) 673.
14.    G Xu, Q Kang, X Zhang, W Wang, K Guo, and Z Guo, International Journal of Thermal Sciences, 207 (2025) 109392.
15.    O V Kotov, and Y E Lozovik, Phys. Rev. B, 96 (2017) 235403.
16.    Y Zhang, D Chen, W Ma, S You, J Zhang, M Fan, and  C Zhou, Optics Letters, 47 (2022) 5517.
17.    B Shui, Y Yi, C Ma, Z Yi, G Li, L Zeng, Q Zeng, P Wu, and Y Yi, Dalton Transactions, 53 (2024) 10618.
18.    A Andryieuski, and A V Lavrinenko, Optics Express, 21 (2013) 9144.
19.    R Boidin, T Halenkovic, V Nazabal, L Benes, and P Nemec, Ceramics International, 42 (2016) 1177.
20.    A K Azad, W J M Kort-Kamp, M Sykora, N R Weisse-Bernstein, T S Luk, A J Taylor, D A R Dalvit, and H T Chen, Scientific Reports, 6 (2016) 20347.
21.    W Guo, Y Liu, and T Han, Optics Express, 24 (2016) 20586.
22.    D Katrodiya, C Jani, V Sorathiya, and S K Patel, Optical Materials, 89 (2019) 34.
23.    A S Rana, M Zubair, Y Chen, Z Wang, J Deng, M T S Chani, A Danner, J Teng, M Q  Mehmood, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 171 (2023) 113005.
24.    J Wang, H Yang, Z Yi, J Wang, S Cheng, B Li, and P Wu, Photonics, 12 (2025) 451.
25.    W J Padilla, K Fan, Metamaterial Electromagnetic Wave Absorbers, Morgan & Claypool Publishers, (2022).
26.    O A Yeshchenko, V V Kozachenko, A V Tomchuk, M Kaftel, R J Knize, A O Pinchuk, The Journal Of Physical Chemistry C, 123 (2019) 13057.

XML
اصل مقاله 589.16 K
فایل‌های تکمیلی/اضافی
11-Madadi - ABS_EA_F.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی