Schema dat laat zien dat metamaterialen met een ultrahoge brekingsindex, geassembleerd met nanodeeltjes, kunnen worden gefabriceerd en gebruikt als optische materialen. Krediet: POSTECH
We kijken allemaal minstens één keer per dag in de spiegel om ons spiegelbeeld te zien. Spiegels worden niet alleen in het dagelijks leven gebruikt, maar ook in geavanceerde technologieën zoals halfgeleiderverwerking en displays met hoge resolutie. Onlangs is een krachtige Bragg-reflectiespiegel ontwikkeld op basis van metamaterialen met een hoge index, die alleen het gewenste licht reflecteert.
Een onderzoeksteam onder leiding van professor Gi-Ra Yi (afdeling Chemische Technologie) bij POSTECH en het onderzoeksteam onder leiding van professoren Seok Joon Kwon en Pil Jin Yoo (School of Chemical Engineering) aan de Sungkyunkwan University hebben samen een ultrahoge brekingsindex metamateriaal ontwikkeld door dicht opeengepakte gouden nanosferen en een reflector die het metamateriaal combineert met een polymeer.
Metamaterialen – met eigenschappen die in de natuur niet voorkomen – kunnen worden ontworpen om een negatieve (−) of ultrahoge brekingsindex te hebben. Metamaterialen met een hoge brekingsindex hebben echter nog steeds beperkingen van ontwerp tot productie.
Om dit probleem op te lossen, ontwikkelde het onderzoeksteam een metamateriaal dat uniform is gerangschikt met de gaten op 1-nanometerniveau door bolvormige gouden nanodeeltjes te assembleren. Dit materiaal, dat de interactie tussen licht en materie maximaliseert, registreerde de hoogste brekingsindex in de zichtbare en nabij-infrarode gebieden. De 2D-superstructuren vertoonden de hoogste brekingsindex ooit van 7,8
De gedistribueerde Bragg-reflector (DBR), die is gemaakt door deze metamaterialen en polymeerlagen met een lage brekingsindex op elkaar te stapelen, reflecteerde sterk specifieke golflengten.
Verder heeft het onderzoeksteam de theorie opgesteld van een plasmonisch percolatiemodel dat de extreem hoge brekingsindex kan verklaren. Omdat het in theorie de ultrahoge brekingsindex van metamaterialen verklaart die in eerdere studies niet konden worden verklaard, wordt in de toekomst verwacht dat er verwante onderzoeksgebieden zullen ontstaan.
Deze studie trekt ook de aandacht van academische kringen en de industrie vanwege de toepasbaarheid in precieze halfgeleiderprocessen en displays met hoge resolutie.
Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen.
Dong, In Shin et al, Gepercoleerde plasmonische superroosters van nanosferen met 1 nm niveauverschil als metamaterialen met hoge index, Geavanceerde materialen (2022). DOI: 10.1002/adma.202203942
Geavanceerde materialen
Geleverd door Pohang University of Science & Technology (POSTECH)
