Design of metamaterial perfect absorbers in the long-wave infrared region

文献情報

出版日 2023-12-12
DOI 10.1039/D3CP05333D
インパクトファクター 3.676
著者

Yang Wang, Xiu Li, Shenbing Wu, Changjun Hu, Yuanyuan Liu


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要旨

We designed a narrow-band metamaterial absorber (NMA) and an ultra-broadband metamaterial perfect absorber (UMPA) based on the impedance matching theory. The narrow-band metamaterial absorber mainly consists of Si3N4 cylinders with Si3N4 and Ti substrates. Numerical analysis shows that the absorption peak of the NMA is about 99.9% and the absorption bandwidth with more than 90% absorption is about 4.8 μm (9.5–14.3 μm). To further extend the absorption bandwidth, an ultra-broadband absorber was designed by integrating a Ti hyperbolic rectangle into the Si3N4 cylinder of the NMA. Numerical analysis shows that the absorption bandwidth of the UMPA is up to 10 μm (7–17 μm) with an average absorption rate of 96.6%. The designed UMPA has polarization insensitive properties with wide-angle absorption characteristics, and the average absorption can reach 85% and 76% in transverse magnetic (TM) and transverse electric (TE) modes, respectively, at 60° oblique incidence. The high absorption and wide band are mainly dominated by localized surface plasmon resonance, Fabry–Perot resonance and inter-resonance interactions. The designed absorber achieves excellent absorption in the long infrared wavelength band, which has potential applications in energy absorption, infrared sensing and other fields.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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