(Izquierda) Imagen SEM del absorbente de metamaterial desarrollada por KIMM y UNIST. La vista superior muestra una antena en forma de cruz. (Centro) Vista lateral de la microestructura del absorbente de metamaterial desarrollado por KIMM y UNIST. (Derecha) Estructura del absorbente de metamaterial desarrollado por KIMM y UNIST. La figura muestra nanogaps verticales de 10 nm. Crédito:Instituto de Maquinaria y Materiales de Corea (KIMM)
Un equipo de investigación local, compuesto por miembros del Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM) dependiente del Ministerio de Ciencia y TIC y UNIST, desarrolló un absorbente de metamaterial que mejora significativamente la detección de sustancias nocivas o biomoléculas, y publicaron sus resultados en Pequeños métodos .
El equipo de investigación conjunto dirigido por el Investigador Principal Dr. Joo-Yun Jung de la División de Investigación de Sistemas Mecánicos de Nano-Convergencia en KIMM y el Profesor Jongwon Lee de UNIST desarrollaron un metamaterial que mejora la espectroscopia de absorción infrarroja a través de una amplificación 100 veces mayor de señales de detección. El metamaterial propuesto es un material funcional especial con nanogaps verticales de menor tamaño que la longitud de onda infrarroja.
La espectroscopia infrarroja es una técnica que identifica componentes basados en patrones de luz reflejada midiendo las propiedades de las moléculas para absorber infrarrojos de sus frecuencias intrínsecas. Si solo se detectan pequeñas trazas de la sustancia objetivo, los resultados no serán tan significativos debido a la pequeña diferencia en la intensidad de la luz.
El metamaterial propuesto reúne y libera energía luminosa a la vez, induciendo así una mayor intensidad de luz que puede ser absorbida por moléculas. Las señales amplificadas permiten obtener resultados más distintos incluso cuando se trabaja con pequeñas trazas de sustancias.
(Izquierda) Los gráficos muestran los espectros de reflexión medidos del absorbente de metamaterial desarrollado por KIMM y UNIST. De arriba a abajo, los nanogaps verticales son 30, 15, y 10 nm. La línea negra representa los espectros de reflexión del absorbente de metamaterial antes del recubrimiento ODT, y la línea roja muestra los espectros de reflexión después del recubrimiento con ODT. La cantidad de hundimiento de las dos líneas es la cantidad de luz recolectada (=energía absorbida =menor reflexión). La línea roja que representa la reflectancia después del recubrimiento ODT aumenta cuando la longitud de onda está entre 3.4 y 3.5, indicando amplificación de la señal. Si no se detectaron señales, el gráfico debe ser el mismo que el de la línea azul. La diferencia entre los dos valores es aproximadamente del 36%. (Derecha) Espectros de señal detectados del absorbedor de metamaterial desarrollado por KIMM y UNIST. Crédito:Instituto de Maquinaria y Materiales de Corea (KIMM)
Las nanoantenas en forma de cruz se formaron en una configuración metal-aislante-metal. La capa aislante intermedia tenía un espesor de 10 nm; Se emplearon espacios verticales para maximizar la absorción de luz por parte de las moléculas.
Inyong Hwang, investigador del Departamento de Ingeniería Eléctrica de UNIST, dijo, "El metamaterial propuesto logró una diferencia récord del 36% en nuestra demostración en una monocapa con un grosor de 2,8 nm. Este es el mejor récord logrado hasta la fecha entre los experimentos de detección de monocapa".
El metamaterial propuesto se puede producir en masa fácilmente y ofrece una fabricación de bajo costo. Si bien se requería la litografía de haz de alta resolución para formar microestructuras en superficies de metamateriales, La plataforma SEIRA del equipo se basa en procesos de grabado en seco y litografía de nanoimpresión más asequibles.
Dr. Joo-Yun Jung, investigador principal de KIMM, dijo, "Utilizando el proceso de nanoimpresión, podemos obtener metamateriales en la configuración metal-aislante-metal, y procesarlos en los patrones deseados. Además de eso, el proceso de grabado en seco permite la producción en masa de metamateriales microestructurados ".
El profesor Jongwon Lee de UNIST dijo:"Nuestro estudio es el primero en inducir la mejora de campo cercano y resolver la exposición de campo cercano utilizando espacios verticales. Se espera que la técnica tenga amplias aplicaciones, especialmente para sensores infrarrojos utilizados en la detección de biomoléculas, sustancias nocivas, y gases ".
