Multifunktionale Terahertz-Transparenz einer thermisch oxidierten Vanadium-Metaoberfläche über einem Isolator-Metall-Übergang

Ein Forschungsteam unter der Leitung der Nano Optics Group am Department of Physics des UNIST hat berichtet, dass multifunktionale Metaoberflächen aus Vanadiumdioxid (VO2) erzielt wurden, die im Breitband-THz-Bereich als transparentes Fenster mit variabler DC-Leitfähigkeit mit einem Dynamikbereich von über drei fungieren Dekaden und selektive Schaltbarkeit der Beugung im nahen Infrarot (NIR).

Metaoberflächen bestehen aus künstlich zweidimensionalen (2D) subwellenlängenskalierten Nanostrukturen, deren Eigenschaften in natürlichen Materialien nicht zu finden sind. Es wird erwartet, dass die neu vorgeschlagenen Metaoberflächen in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in drahtlosen Kommunikationssystemen der nächsten Generation wie 6G.

In dieser Studie stellte das Forschungsteam erfolgreich Schlitzarrays mit Abmessungen im Mikrometermaßstab her, indem es Photolithographie durchführte, gefolgt von einer thermischen Oxidation von vordefinierten Vanadiummetallstrukturen ohne Ätzschäden auf dem Substrat.

Das Forschungsteam untersuchte weiter experimentell und theoretisch die Transmission, Reflexion und Absorption im THz-Bereich über die Phasenänderungstemperatur und zeigte, dass die Metaoberfläche ständig transparent ist, während die VO2-Elektroden aufgrund von Licht, das durch die Subwellenlängenschlitze geleitet wird, von isolierend zu metallisch wechseln.

Darüber hinaus konnte das Forschungsteam durch thermische Steuerung des optischen NIR-Wegunterschieds zwischen den Schlitzen und den VO2-Elektroden ein erfolgreiches Umschalten zwischen destruktiven und konstruktiven Interferenzen der Beugung nullter Ordnung erreichen.

„Das hier gezeigte ätzfreie Herstellungsverfahren und die multifunktionale THz-Transparenz werden für VO2-Metaoberflächenanwendungen wie multispektrale intelligente Fenster und hybride Kommunikation fruchtbar sein“, bemerkte das Forschungsteam.

Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Novemberausgabe 2022 von veröffentlicht Laser- und Photonik-Rezensionen.