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超材料将红外吸收光谱的灵敏度提高100倍

2021-07-20 15:37:20 健康养生 来源:
导读 由科学和信息通信技术部下属的韩国机械和材料研究所 (KIMM) 和 UNIST 的成员组成的本地研究团队开发了一种超材料吸收器,可显着增强有

由科学和信息通信技术部下属的韩国机械和材料研究所 (KIMM) 和 UNIST 的成员组成的本地研究团队开发了一种超材料吸收器,可显着增强有害物质或生物分子的检测,并将其结果发表在Small方法。

由KIMM纳米收敛机械系统研究部首席研究员Joo-Yun Jung博士和UNIST的Jongwon Lee教授领导的联合研究小组开发了一种超材料,通过100倍放大检测信号来增强红外吸收光谱。所提出的超材料是一种特殊的功能材料,具有比红外波长更小的垂直纳米间隙。

红外光谱是一种通过测量分子吸收其固有频率红外光的特性,根据反射光模式识别成分的技术。如果只检测到微量的目标物质,由于光强差异很小,结果不会那么显着。

所提出的超材料一次收集和释放光能,从而产生更大强度的光,可以被分子吸收。即使在处理微量物质时,放大的信号也可以获得更明显的结果。

(左)图表显示了由 KIMM 和 UNIST 开发的超材料吸收器的测量反射光谱。从上到下,垂直纳米间隙为 30、15 和 10 nm。黑线表示ODT镀膜前超材料吸收体的反射光谱,红线表示ODT镀膜后的反射光谱。两条线下沉的量就是聚集的光量(=吸收的能量=较低的反射)。当波长在 3.4 到 3.5 之间时,代表 ODT 涂层后反射率的红线上升,表示信号放大。如果未检测到信号,则图形应与蓝线相同。这两个值之间的差异约为 36%。(右)由 KIMM 和 UNIST 开发的超材料吸收器的检测信号光谱。信用:

十字形纳米天线以金属-绝缘体-金属配置形成。中间绝缘层的厚度为 10 nm;垂直间隙被用来最大化分子的光吸收。

UNIST 电气工程系研究员 Inyong Hwang 说:“在我们对厚度为 2.8 nm 的单层的演示中,所提出的超材料实现了创纪录的 36% 差异。这是迄今为止取得的最佳记录在单层检测实验中。”

所提出的超材料可以很容易地批量生产并提供低成本的制造。虽然需要高分辨率光束光刻在超材料表面形成微结构,但该团队的 SEIRA 平台依赖于更实惠的纳米压印光刻和干蚀刻工艺。

KIMM 首席研究员 Joo-Yun Jung 博士说:“使用纳米压印工艺,我们可以获得金属-绝缘体-金属配置的超材料,并将它们加工成所需的图案。最重要的是,干蚀刻工艺允许微结构超材料的大规模生产。”

UNIST的Jongwon Lee教授说:“我们的研究是第一个利用垂直间隙诱导近场增强和解决近场曝光的研究。该技术有望得到广泛的应用,特别是用于检测生物分子的红外传感器,有害物质和气体。”


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