"Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas". A. Moreau, C. Ciraci, J. J. Mock, R. T. Hill, Q. Wang, B. J. Wiley, A. Chilkoti, D. R. Smith. NATURE 492, 86 (2012). DOI: 10.1038/nature11615
Efficient and tunable absorption is essential for a variety of
applications, such as designing controlled-emissivity surfaces for
thermophotovoltaic devices, tailoring an infrared spectrum for controlled thermal dissipation and producing detector elements for imaging.
Metamaterials based on metallic elements are particularly efficient as
absorbing media, because both the electrical and the magnetic properties
of a metamaterial can be tuned by structured design.
So far, metamaterial absorbers in the infrared or visible range have
been fabricated using lithographically patterned metallic structures,
making them inherently difficult to produce over large areas and hence
reducing their applicability. Here we demonstrate a simple method to
create a metamaterial absorber by randomly adsorbing chemically
synthesized silver nanocubes onto a nanoscale-thick polymer spacer layer
on a gold film, making no effort to control the spatial arrangement of
the cubes on the film. We show that the film-coupled nanocubes provide a
reflectance spectrum that can be tailored by varying the geometry (the
size of the cubes and/or the thickness of the spacer). Each nanocube is
the optical analogue of a grounded patch antenna, with a nearly
identical local field structure that is modified by the plasmonic
response of the metal’s dielectric function, and with an anomalously
large absorption efficiency that can be partly attributed to an
interferometric effect.
The absorptivity of large surface areas can be controlled using this
method, at scales out of reach of lithographic approaches (such as
electron-beam lithography) that are otherwise required to manipulate
matter on the nanoscale.
La absorción eficiente y modulable es esencial para toda una variedad de aplicaciones tales como el diseño de superficies con emisión controlada para dispositivos termofotovoltaicos, el diseño dirigido en el espectro infrarrojo para la disipación térmica controlada, y la producción de elementos de detección para imagenología. Los metamateriales hechos de elementos metálicos son particularmente eficientes como medios de absorción, porque tanto sus propiedades eléctricas como magnéticas pueden modificarse por medio de su diseño estructural. Desde hace tiempo los metamateriales usados para absorción en el infrarrojo o en el visible se han fabricado realizando litografía en base a máscaras con estructuras metálicas, lo cual los vuelve difíciles de producir a gran escala, reduciendo así sus posibles aplicaciones. Aquí se muestra un método sencillo para crear un metamaterial que absorbe luz, por medio de la síntesis de nanocubos de plata, a través de adsorción química aleatoria, sobre una capa de polímero de grosor nanométrico depositada sobre una película de oro, sin necesidad de controlar el arreglo espacial de los cubos sobre la película. Se muestra que los nanocubos acoplados a la película proporcionan un espectro de reflectancia que puede modificarse de manera controlada a partir de la modificación de la geometría (del tamaño de los cubos y/o del grosor del espaciador). Cada nanocubo es el análogo óptico de una antena aterrizada, con una estructura del campo local casi idéntica, la cual es modificada por la respuesta plasmónica de la función dieléctrica del metal, y con una enorme y anómala eficiencia de absorción, la cual se puede atribuir parcialmente a un efecto de interferencia. La absortividad de superficies extensas puede controlarse utilizando este método, en escalas que sobrepasan a los métodos litográficos (tales como la litografía por haces de electrones), y que de otra manera se requerirían para manipular a la materia en la nanoescala.
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