[發明專利]可調控電磁波吸收的超材料晶體結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201810651434.6
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN110632687B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 歐欣;張師斌;林家杰;黃浩;游天桂;黃凱;王曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B1/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋纓

本發明提供一種可調控電磁波吸收的超材料晶體結構及制備方法，制備包括：提供閃耀光柵襯底，表面形成有周期排布的鋸齒狀陣列結構，包括具有第一傾角的第一槽面及具有第二傾角的第二槽面；于閃耀光柵襯底上形成交替多層膜結構，包括若干個超材料結構單元，包括第一等效介電常數單元和第二等效介電常數單元，二者之間形成電磁波吸收界面，本發明的超材料晶體結構可按需調控電磁波的吸收，可以通過調控超材料晶體結構支持的界面波矢，所述多層膜的材料參數和光柵的閃耀角，可精確調控電磁波的特征吸收峰；通過調控超材料晶體結構的周期P，即光柵常數，可有效調控電磁波的吸收系數，可針對不同頻段的電磁波的吸收調控，無需重新設計超材料晶體結構。

技術領域

本發明屬于電磁超材料技術領域，特別是涉及一種可調控電磁波吸收的超材料晶體結構及其制備方法。

背景技術

目前，隨著微納加工技術的快速發展，新型人工微結構不斷涌現，其中，電磁超材料是由亞波長或深亞波長的電磁響應單元陣列構成的人工微結構。相較于傳統電磁材料，電磁超材料能更靈活的操控電磁波的傳輸、電磁波與物質的相互作用。例如，特殊設計的超材料的介電常數和磁導率可同時為負值，實現電磁波的負折射傳輸，這是自然材料所不具有的特性；同時，通過超材料調控電磁波與物質的相互作用，可實現諸如“隱身衣”、“超透鏡”以及“人造黑洞(吸波體)”等新型電磁器件。因此，電磁超材料極大拓展了電磁材料庫，實現更靈活地電磁波操控。

其中，電磁波吸收特性的調控對光電器件、電磁波探測器等尤為重要。目前，電磁波吸收特性的調控主要利用自然材料對電磁波的本征吸收、人工微結構單元陣列或超材料對電磁波吸收的平均作用。相較于自然材料，人工微結構或超材料擁有更豐富的電磁特性，但特定結構的人工微結構或超材料往往只對特定頻率(段)的電磁波有效，不具普適性；因此，針對不同頻率(段)的電磁波，往往需要設計不同結構的人工微結構或超材料結構。

因此，如何提供一種調控電磁波吸收的超材料晶體結構，以實現寬光譜吸收等特性，并在高效太陽能電池等光電器件方面發揮應用潛力實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種可調控電磁波吸收的超材料晶體結構及其制備方法，用于解決現有技術中人工微結構或超材料往往只對特定頻率(段)的電磁波有效，無法靈活的對各頻段電磁波吸收特性調控均有效的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種可調控電磁波吸收的超材料晶體結構的制備方法，包括如下步驟：

1)提供一閃耀光柵襯底，且所述閃耀光柵襯底表面形成有周期排布的鋸齒狀陣列結構，其中，單一所述鋸齒狀陣列結構周期中包括具有第一傾角的第一槽面以及與所述第一槽面相連接的具有第二傾角的第二槽面；以及

2)于所述閃耀光柵襯底上形成交替多層膜結構，所述交替多層膜結構包括若干個對應于單一所述鋸齒狀陣列結構周期的超材料結構單元，且所述超材料結構單元包括位于所述第一槽面上的第一等效介電常數單元和位于所述第二槽面上的第二等效介電常數單元；

其中，所述第一等效介電常數單元的等效介電常數與所述第二等效介電常數單元的等效介電常數不同，使得所述第一等效介電常數單元與所述第二等效介電常數單元之間形成電磁波吸收界面，以形成可調控電磁波吸收的所述超材料晶體結構。

作為本發明的一種優選方案，步驟2)中，所述交替多層膜結構中的單層膜層的厚度小于入射波波長的1/10。

作為本發明的一種優選方案，步驟2)中，依據單一所述鋸齒狀陣列結構周期的大小調整電磁波的吸收系數，其中，所述電磁波的吸收系數隨著單一所述鋸齒狀陣列結構周期的減小而增大。

作為本發明的一種優選方案，步驟2)中，所述交替多層膜結構由至少兩種不同材料構成的膜層單元交替疊置形成，且所述膜層單元的材料與所需要調控的電磁波的頻段相對應。