(Esquerda) Imagem SEM do absorvedor de metamaterial desenvolvido por KIMM e UNIST. A vista superior mostra a antena em forma de cruz. (Centro) Vista lateral da microestrutura do absorvedor de metamaterial desenvolvido por KIMM e UNIST. (À direita) Estrutura do absorvedor de metamaterial desenvolvido por KIMM e UNIST. A Figura mostra nanogaps verticais de 10 nm. Crédito:Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM)
Uma equipe de pesquisa local, composta por membros do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM) sob o Ministério da Ciência e ICT e UNIST, desenvolveu um absorvedor de metamaterial que aumenta significativamente a detecção de substâncias nocivas ou biomoléculas, e publicou seus resultados em Métodos Pequenos .
A equipe de pesquisa conjunta liderada pelo pesquisador principal Dr. Joo-Yun Jung da Divisão de Pesquisa de Sistemas Mecânicos de Nano-Convergência da KIMM e o Professor Jongwon Lee da UNIST desenvolveu um metamaterial que aprimora a espectroscopia de absorção infravermelha por meio da amplificação de 100 vezes dos sinais de detecção. O metamaterial proposto é um material funcional especial com nanogaps verticais de um tamanho menor do que o comprimento de onda infravermelho.
A espectroscopia de infravermelho é uma técnica que identifica componentes com base em padrões de luz refletida, medindo as propriedades das moléculas para absorver o infravermelho de suas frequências intrínsecas. Se apenas pequenos traços da substância alvo forem detectados, os resultados não serão tão significativos devido à pequena diferença na intensidade da luz.
O metamaterial proposto reúne e libera energia luminosa de uma só vez, induzindo assim uma maior intensidade de luz que pode ser absorvida pelas moléculas. Os sinais amplificados permitem obter resultados mais distintos, mesmo quando se trabalha com pequenos traços de substâncias.
(Esquerda) Os gráficos mostram os espectros de reflexão medidos do absorvedor de metamaterial desenvolvido por KIMM e UNIST. De cima para baixo, os nanogaps verticais são 30, 15, e 10 nm. A linha preta representa o espectro de reflexão do absorvedor de metamaterial antes do revestimento ODT, e a linha vermelha mostra os espectros de reflexão após o revestimento ODT. A quantidade de afundamento das duas linhas é a quantidade de luz acumulada (=energia absorvida =menor reflexão). A linha vermelha que representa a refletância após o revestimento ODT aumenta quando o comprimento de onda está entre 3,4 e 3,5, indicando amplificação do sinal. Se nenhum sinal for detectado, o gráfico deve ser igual ao da linha azul. A diferença entre os dois valores é de aproximadamente 36%. (À direita) Espectros de sinal detectados do absorvedor de metamaterial desenvolvido por KIMM e UNIST. Crédito:The Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
As nanoantenas em forma de cruz foram formadas em uma configuração metal-isolante-metal. A camada isolante do meio tinha uma espessura de 10 nm; lacunas verticais foram empregadas para maximizar a absorção de luz pelas moléculas.
Inyong Hwang, pesquisador do Departamento de Engenharia Elétrica da UNIST, disse, "O metamaterial proposto atingiu uma diferença recorde de 36% em nossa demonstração em uma monocamada com espessura de 2,8 nm. Este é o melhor registro alcançado até o momento entre os experimentos de detecção de monocamada."
O metamaterial proposto pode ser facilmente produzido em massa e oferece baixo custo de fabricação. Embora a litografia de feixe de alta resolução fosse necessária para formar microestruturas em superfícies de metamateriais, a plataforma SEIRA da equipe depende de litografia de nanoimpressão e processos de gravação a seco mais acessíveis.
Dr. Joo-Yun Jung, pesquisador principal do KIMM, disse, "Usando o processo de nanoimpressão, podemos obter metamateriais na configuração metal-isolante-metal, e processá-los nos padrões desejados. Além disso, o processo de corrosão seca permite a produção em massa de metamateriais microestruturados. "
O professor Jongwon Lee da UNIST disse:"Nosso estudo é o primeiro a induzir o aprimoramento do campo próximo e resolver a exposição do campo próximo usando lacunas verticais. Espera-se que a técnica tenha vastas aplicações, especialmente para sensores infravermelhos usados na detecção de biomoléculas, Substâncias nocivas, e gases. "
