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Apr 24, 2023

광대역 및 높은

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7454(2023) 이 기사 인용

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나노키리가미 메타표면은 3차원(3D) 나노제조의 용이성, 다양한 형태 변형, 매력적인 조작 기능 및 나노포토닉 장치에서의 풍부한 잠재적 응용으로 인해 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 나노 키리가미 방법을 사용하여 이중 분할 링 공진기(DSRR)에 면외 자유도를 추가함으로써 이 연구에서는 근적외선 파장 대역에서 광대역 및 고효율 선형 편광 변환을 보여줍니다. 구체적으로, 2차원 DSRR 전구체가 3차원 대응물로 변환되면 1160~2030nm의 넓은 스펙트럼 범위에서 90% 이상의 편광변환비(PCR)가 구현된다. 또한, 우리는 의도적으로 수직 변위를 변형하거나 구조적 매개 변수를 조정하여 고성능 광대역 PCR을 쉽게 조정할 수 있음을 보여줍니다. 마지막으로 개념 증명 시연으로 나노 키리가미 제조 방법을 채택하여 제안을 성공적으로 검증했습니다. 연구된 나노 키리가미 기반 다형성 DSRR은 다기능을 갖춘 일련의 개별 벌크 광학 구성 요소를 모방하여 상호 정렬의 필요성을 없애고 새로운 가능성을 열어줍니다.

다양한 형태 변환 방법을 기반으로 하는 다형성 서브파장 인공 나노구조로 구성된 나노 키리가미 메타표면1은 기존의 3차원(3D) 나노 제조에 새로운 자유도를 제공할 뿐만 아니라 재구성 가능한 홀로그램2, 3, 프랙탈 의존 광학 소용돌이4, 파노 공명 메타물질5,6,7, 원형 이색성 반전8,9 등. 특히, 나노 키리가미(nano-kirigami1,10,11)는 수직 변위, 공간 굽힘을 통해 2차원(2D) 전구체에서 3D 변형 나노구조로 정교한 모양 변화를 가능하게 하여 전자기의 진폭, 위상 및 분극을 조작하는 새로운 접근 방식을 제공합니다. 마이크로스케일/나노스케일 영역의 파동. 이와 관련하여 나노 키리가미 구조의 변형은 공압, 기계적 압축, 전자 바이어스, 자기 작동 및 열팽창과 같은 외부 자극에 의해 유도되었습니다. 그중에서도 FIB(Global Focused Ion Beam) 조사로 인한 인장 응력은 영구적인 구조 변화를 유도하는 손쉬운 전략으로 승인되었습니다.

한편, 추가적인 평면 외부 기하학으로 인해 다용도 나노 키리가미 기하학은 메타표면의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 편광 변환은 많은 과학 연구 시스템에서 편광 상태를 조작하는 뛰어난 능력을 보여줍니다. 기존 편광 변환기의 주요 범주에는 광학 활성 결정, 액정 및 패러데이 효과가 포함됩니다. 그럼에도 불구하고 이러한 장치는 부피가 크고 효율성이 낮으며 대역폭이 좁고 제조가 복잡한 등의 문제를 겪고 있습니다. Metasurfaces는 이러한 단점을 극복할 수 있는 이상적인 플랫폼을 제공합니다. 빛의 편광은 메타표면의 파장 이하 두께의 메타원자를 엔지니어링하여 임의로 제어할 수 있습니다. 메타표면을 활용하여 광대역 및 고효율 편광 변환기를 초박형 두께로 구현하는 것이 유망합니다.

여기에서는 나노 키리가미 메타표면을 사용하여 근적외선 파장에서 광대역 및 고효율 편광 변환의 생성을 보고합니다. 국소 부유 나노필름을 에칭함으로써 DSRR(다형성 이중 분할 링 공진기)과 풍부한 물리적 특성을 갖춘 메타표면이 실현됩니다. 시뮬레이션과 실험 모두 2D DSRR 메타표면에는 국지화된 갭 플라즈몬의 두 개의 좁은 밴드가 있으며, 이는 병합되어 3D 상향 변형 DSRR 구조에서 광대역 및 고효율 편광 변환을 형성한다는 것을 나타냅니다. 편광변환비(PCR) 값은 1160~2030nm 파장대에서 90% 이상에 이른다. 이러한 나노 키리가미 기반 메타표면에서 입증된 광대역 및 고효율 편광 변환은 초소형 및 통합 광전자 장치의 응용 분야에 유용할 수 있습니다.