基于3D气溶胶纳米打印的超构材料,能够检测光的偏振和方向
2024-06-26 12:19:42   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

超构材料已被广泛应用于透镜和全息等领域,这项研究由浦项科技大学机械工程系Junsuk Rho教授领导,标志着在利用超构材料操控光方面取得了又一次突破性进展。

据麦姆斯咨询报道,韩国浦项科技大学(POSTECH)的一支研究小组利用3D气溶胶纳米打印技术开发出了一种能够检测光偏振和方向的超构材料(Metamaterials)。该研究成果以“Angle-Resolved Polarimetry with Quasi-Bound States in the Continuum Plasmonic Metamaterials via 3D Aerosol Nanoprinting”为题发表于ACS Nano期刊。

3D气溶胶纳米打印系统示意图

3D气溶胶纳米打印系统示意图

超构材料已被广泛应用于透镜和全息等领域,这项研究由浦项科技大学机械工程系Junsuk Rho教授领导,标志着在利用超构材料操控光方面取得了又一次突破性进展。

具体来说,这种3D超构材料利用3D金属结构以类似天线的方式收集并发射光,最大限度地发挥光与物质之间的相互作用。这项创新技术有望克服传统光学器件的局限性。

目前,超构材料领域的大部分研究都集中在设计和制造相对简单的2D金属结构上。这些结构局限于一个固定的平面,限制了它们对超构表面光学特性的多样化和优化能力。

通过构建3D而非2D金属纳米结构,可以在单个纳米结构中实现不同的光学响应机制。这些3D金属纳米结构可将各种光学特性整合到单一超构材料中,从而助力多功能光学传感器的开发。

浦项科技大学研究人员利用“3D气溶胶纳米打印技术”,通过控制电场,以平行方式由空气中的金属纳米气溶胶批量制造所需形状的3D纳米结构。这项技术使他们能够在典型的温度和压力条件下精确定位、组装并构建类似“π”形状的3D金属纳米结构。

能够测量光偏振和入射角的超构材料纳米结构示意图,利用3D气溶胶纳米打印技术制造

能够测量光偏振和入射角的超构材料纳米结构示意图,利用3D气溶胶纳米打印技术制造

实验表明,研究小组构建的3D金属纳米结构同时表现出两种不同的光学现象:“局域表面等离子体共振(LSPR)”和“准连续体束缚态(q-BIC)”。

LSPR是指金属结构表面的自由电子与光相互作用,对光子能量产生很强的吸收作用,使这些电子与特定电磁波产生共振。而q-BIC是一种光被困在金属纳米结构中的现象。

在定义明确的状态下,例如当光垂直入射时,与结构的相互作用极小。然而,在特定条件下,例如当光以一定角度入射时,就会形成一种形状独特的能量模式,使光看起来与结构结合在一起。

这些双重光学特性在保持共振的同时提高了传感器的灵敏度,从而实现了高性能光学传感。虽然这两种现象都被单独研究过,但在单一结构中将这两种现象结合在一起的研究之前还没有过。

研究小组还采用了一种名为“数值孔径探测偏振”的技术,并取得了突破性进展。这种方法将π形金属纳米结构与传统的傅立叶变换红外光谱仪相结合,可同时检测光的偏振及其入射角度。

与以前的方法相比,该方案通过有效收集光线来精确分析光线的分布,进而更详细地了解光线的偏振和方向。

浦项科技大学Junsuk Rho教授表示:“这一技术进展将惠及光学滤波、超灵敏生物传感和环境监测等多个领域。我们正在进行的研究旨在进一步开发并商业化这项技术,促进更精确、更快速的光学传感与分析系统。”

论文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c12024

延伸阅读:

《超构透镜(Metalens)专利态势分析-2024版》

《光学和射频应用的超构材料-2022版》

《光学和射频领域的超构材料和超构表面-2024版》

《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》 

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