CC BY
0Супердисперсионный плазмонный метаматериал
В.М.Муравьев, 1 КР.Джикирба,1'2 М.С.Соколова,1,2* А.С.Астраханцева, 12
И.В.Кукушкин1
1ИФТТРАН им. Ю.А. Осипьяна, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика
Осипьяна, д.2
2Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), 141701, Долгопрудный, Россия
*е-таИ: &око1оуа. ms@phystech. ейи
Терагерцовая и субтерагерцовая квазиоптика имеют широкое практическое применение в различных системах неразрушающего контроля, детектирования веществ и контроля безопасности. В данной работе реализуется простая технология получения трехмерного плазмонного метаматериала из стопки кремниевых чипов с литографически нанесенной на их поверхность металлической сетки, состоящей из Сг (25 нм) и Аи (700 нм). Образцы показали сильную дисперсионную зависимость, этот эффект дает возможность создания прибора, эффективно управляющего направлением прошедшего через него излучения.
Исследуемые образцы представляли собой плоскопараллельные пластины из высокорезистивного (> 30 кОм*см) кремния с напыленной с одной стороны металлической сеткой. Были проведены две серии экспериментов с квадратными образцами 1*1 см2 толщиной d = 105 и 210 мкм. С помощью оптической фотолитографии на их поверхности была изготовлена решётчатая металлическая структура с квадратной элементарной ячейкой с периодом а = 100, 200 и 300 мкм и шириной полосок w = 5-30 мкм. Отношение w/a для всех образцов не превышало 0.1. Металлический слой, содержащий Сг (25 нм) и Аи (700 нм), термически напылялся в вакуумной камере на поверхность кремниевой подложки. Кремниевые чипы плотно прижимались друг к другу, образуя стопку из 2-8 слоев. В качестве источника непрерывного терагерцового излучения использовались лампы обратной волны (ЛОВ) с диапазоном частот 50 - 500 ГГц. Мощность излучения, прошедшего через образцы, регистрировалась пироэлектрическим детектором. Для подавления шумов падающее на образец электромагнитное излучение модулировалось оптико-механическим модулятором с частотой 23 Гц.
Было установлено, что такие чипы имеют очень сильную дисперсионную зависимость (рис. 1), которая намного выше, чем зависимость при данных частотах в обычных материалах. Для подтверждения экспериментальных наблюдений было проведено численное моделирование на аналогичных структурах в среде Ю^. Было получено, что результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Таким образом изученный метаматериал представляет собой интересную систему для управления направлением прошедшего излучения и имеет практическую значимость в области терагерцовой спектроскопии.
Авторы благодарны поддержке Российского Научного Фонда (грант № 19-72-30003).
