(À gauche) Image SEM de l'absorbeur en métamatériau développé par KIMM et UNIST. La vue de dessus montre une antenne en forme de croix. (Centre) Vue latérale de la microstructure de l'absorbeur en métamatériau développé par KIMM et UNIST. (Droite) Structure de l'absorbeur métamatériau développé par KIMM et UNIST. La figure montre des nanogaps verticaux de 10 nm. Crédit :Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM)
Une équipe de recherche locale, composé de membres de l'Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM) relevant du ministère des Sciences et des TIC et de l'UNIST, développé un absorbeur de métamatériau qui améliore considérablement la détection de substances nocives ou de biomolécules, et publié leurs résultats dans Petites méthodes .
L'équipe de recherche conjointe dirigée par le chercheur principal, le Dr Joo-Yun Jung de la division de recherche sur les systèmes mécaniques de nano-convergence du KIMM et le professeur Jongwon Lee de l'UNIST, a développé un métamatériau qui améliore la spectroscopie d'absorption infrarouge grâce à une amplification 100 fois supérieure des signaux de détection. Le métamatériau proposé est un matériau fonctionnel spécial avec des nanogaps verticaux d'une taille inférieure à la longueur d'onde infrarouge.
La spectroscopie infrarouge est une technique qui identifie des composants basés sur des modèles de lumière réfléchie en mesurant les propriétés des molécules pour absorber l'infrarouge de leurs fréquences intrinsèques. Si seules de petites traces de la substance cible sont détectées, les résultats ne seront pas aussi significatifs en raison de la faible différence d'intensité lumineuse.
Le métamatériau proposé rassemble et libère l'énergie lumineuse à la fois, induisant ainsi une plus grande intensité de lumière qui peut être absorbée par les molécules. Les signaux amplifiés permettent d'obtenir des résultats plus distincts même en travaillant avec de petites traces de substances.
(À gauche) Les graphiques montrent les spectres de réflexion mesurés de l'absorbeur en métamatériau développé par KIMM et UNIST. Du haut jusqu'en bas, les nanogaps verticaux sont de 30, 15, et 10 nm. La ligne noire représente les spectres de réflexion de l'absorbeur en métamatériau avant revêtement ODT, et la ligne rouge montre les spectres de réflexion après revêtement ODT. La quantité de descente des deux lignes est la quantité de lumière recueillie (=énergie absorbée =réflexion plus faible). La ligne rouge représentant la réflectance après le revêtement ODT augmente lorsque la longueur d'onde est comprise entre 3,4 et 3,5, indiquant l'amplification du signal. Si aucun signal n'a été détecté, le graphique doit être le même que celui de la ligne bleue. La différence entre les deux valeurs est d'environ 36 %. (Droite) Spectres de signaux détectés de l'absorbeur de métamatériau développé par KIMM et UNIST. Crédit :Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM)
Des nanoantennes en forme de croix ont été formées dans une configuration métal-isolant-métal. La couche isolante médiane avait une épaisseur de 10 nm; des espaces verticaux ont été utilisés pour maximiser l'absorption de la lumière par les molécules.
Inyong Hwang, chercheur au Département de Génie Electrique de l'UNIST, mentionné, "Le métamatériau proposé a atteint une différence record de 36% dans notre démonstration sur une monocouche d'une épaisseur de 2,8 nm. C'est le meilleur record réalisé à ce jour parmi les expériences de détection de monocouche."
Le métamatériau proposé peut être facilement produit en série et offre une fabrication à faible coût. Alors que la lithographie par faisceau haute résolution était nécessaire pour former des microstructures sur les surfaces des métamatériaux, la plate-forme SEIRA de l'équipe repose sur des procédés de lithographie par nanoimpression et de gravure à sec plus abordables.
Dr Joo-Yun Jung, chercheur principal du KIMM, mentionné, "En utilisant le procédé de nanoimpression, on peut obtenir des métamatériaux dans la configuration métal-isolant-métal, et les traiter dans les modèles souhaités. En plus de ça, le procédé de gravure à sec permet la production en série de métamatériaux microstructurés."
Le professeur Jongwon Lee de l'UNIST a déclaré :"Notre étude est la première à induire une amélioration du champ proche et à résoudre l'exposition au champ proche à l'aide d'espaces verticaux. La technique devrait avoir de vastes applications, notamment pour les capteurs infrarouges utilisés dans la détection de biomolécules, produits dangereux, et des gaz."
