Élargir les bandes passantes des absorbeurs à quelques couches en superposant deux résonateurs à pertes élevées

Introduction

Un absorbeur optique avec une absorption élevée et large a longtemps été un objectif scientifique et technologique majeur [1,2,3,4,5,6,7,8,9] pour de nombreuses applications, y compris le photovoltaïque thermique [10,11,12 ,13,14,15], la génération de vapeur [16, 17] et la photodétection [18]. Ces dernières années, les métamatériaux optiques/absorbeurs de métasurface, des matériaux artificiellement structurés fabriqués à partir de réseaux 2D de cellules unitaires de sous-longueur d'onde, ont été largement étudiés et développés [1, 2], tels que les nanofils densément emballés [19], les nanotubes [15], rainures coniques [20,21,22] et conceptions pyramidales [23, 24]. Bien que d'énormes efforts soient déployés pour améliorer les performances de ces absorbeurs basés sur des matrices 2D [25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37], la complexité de fabrication de la plupart de ces nanostructures , nécessitant la lithographie par faisceau d'électrons (EBL) [20], le broyage par faisceau d'ions focalisé (FIB) [23], la lithographie par nanoimpression [22] ou la technologie de lithographie [24], entravent leur mise à l'échelle.

Pour résoudre ces problèmes, les métasurfaces 1D basées sur le concept de conceptions planaires sans lithographie sont devenues un sujet d'investigations intensives ces dernières années [1, 5, 8, 25, 26, 27]. Récemment, les scientifiques ont prouvé la capacité d'absorption de certaines configurations à quelques couches (telles qu'une seule couche de métal noble, une structure isolant-métal (IM) et métal-isolant-métal (MIM)) [1, 8, 25, 26, 27, 38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48], qui sont favorables à l'accumulation locale de chaleur absorbée. Premièrement, pour les configurations planaires simples à base de métaux nobles (tels que Au et Ag), les bandes passantes d'absorption (A> 90 %) sont inférieures à 500 nm car l'absorption est causée uniquement par un mécanisme d'effet de polaritons de plasmon de surface (SPP) [1,2,3,4,5,6,7,8]. Ces absorbeurs basés sur l'effet SPP présentent également une propriété intrinsèquement dépendante de l'angle en raison des conditions d'adaptation de la quantité de mouvement [1,2,3,4,5,6,7,8]. En outre, certains absorbeurs utilisant des métaux nobles basés sur une configuration planaire IM ou MIM ont également été proposés et démontrés en utilisant la résonance Fabry-Perot (FP). Cependant, pour ces absorbants planaires (tels que Ge/Au [48] et Ag/Si/Ag [49]), les largeurs de bande d'absorption (A> 80 %) sont généralement inférieures à 300 nm en raison de l'utilisation d'une seule résonance FP. Pendant ce temps, le coût matériel du métal noble dans la plupart des absorbeurs mentionnés ci-dessus est élevé [1,2,3,4,5,6,7,8, 48, 50]. Récemment, plusieurs groupes ont utilisé des métaux non nobles (tels que Mo ou Gr) basés sur des nanostructures planaires MIM pour démontrer des absorbeurs optiques [50, 51]. Le Mo/Al₂ O₃ L'absorbeur /Mo basé sur une seule résonance Febry-Perot (FP) a montré une absorption supérieure à 90 % de 400 à 900 nm [50]. Le Cr/Al₂ O₃ L'absorbeur /Cr basé sur une résonance FP a montré une absorption supérieure à 90 % de 400 à 1150 nm [51]. Pour la plupart des absorbeurs plans à quelques couches signalés, la bande passante ∆λ _BW (A > 90 %) dans les longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge est inférieure à 750 nm. Pendant ce temps, pour ces nanostructures planaires MIM basées sur une résonance FP, l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde de 400 à 1 000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous une incidence de polarisation TE. Une telle caractéristique spectrale dépendante de l'angle est un inconvénient important, ce qui rend les absorbeurs difficiles à appliquer dans des utilisations pratiques. Ainsi, la conception et la réalisation de métasurfaces 1D non nobles à quelques couches pour obtenir une absorption omnidirectionnelle, à large bande et efficace sont difficiles mais nécessaires pour des applications pratiques.

Ici, nous proposons et démontrons expérimentalement une métasurface 1D non noble à quelques couches, qui superpose deux résonateurs à pertes élevées pour élargir les bandes passantes (∆λ _BW ) des absorbeurs. La métasurface 1D non noble à quelques couches est constituée de couches minces diélectriques/métal/diélectriques sur un film métallique épais et comprend deux résonateurs à pertes élevées. En raison de la superposition des deux résonateurs à pertes élevées, l'efficacité d'absorption moyenne de notre métasurface proposée est supérieure à 97% aux longueurs d'onde de 400 à 1200 nm. Les bandes passantes d'absorption (A> 90 %) est jusqu'à 1000 nm (410–1410 nm), ce qui est supérieur à celui (∆λ _BW = 750 nm[51]) des précédents absorbeurs plans MIM [1,2,3,4,5,6,7,8, 48, 50]. De plus, l'absorption moyenne pour une large gamme d'angles d'incidence jusqu'à 0-65° dépasse tous 90 % à des longueurs d'onde allant de 350 à 1 000 nm. Cela rend nos absorbeurs plus avantageux pour les applications pratiques par rapport aux absorbeurs plans MIM précédents [1,2,3,4,5,6,7,8, 48, 50], dont l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde de 400 à 1 000 nm tomberait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous incidence de polarisation TE. La métasurface est fabriquée par une seule étape de dépôt en phase vapeur par faisceau d'électrons sur un substrat de verre ainsi qu'un substrat de PET flexible. Les spectres d'absorption mesurés de la métasurface non noble correspondent bien aux résultats de la simulation. En raison de l'absorption optique efficace et de la conversion d'énergie photothermique dans la couche d'absorption ultra-mince (épaisseur = 10 nm), la métasurface non noble présente une augmentation de température (ΔTe = 25,1 K) lorsqu'elle est éclairée par une source lumineuse halogène (P = 1,2 kW/m ² ). L'augmentation de la température (ΔTe = 25,1 K) est supérieure à celle des absorbeurs solaires récemment rapportés basés sur une métasurface de particules d'or (ΔTe = 12 °C sous P = 2,4 kW/m ² ) [48] et métasurface plasmonique or/nickel (ΔTe = 8 °C sous P = 1,2 kW/m ² ) [49]. Pour des applications pratiques, nous démontrons que la métasurface est capable d'éliminer la glace sous une source lumineuse halogène (P = 1,2 kW/m ² ). Ceci est plus efficace par rapport au précédent travail solaire anti-glace basé sur un or/TiO₂ métasurface de particules utilisant une source lumineuse halogène avec P = 2,4 kW/m ² [48]. La fabrication sans lithographie de notre métasurface 1D à quelques couches est facile à mettre à l'échelle, ce qui facilite son utilisation intensive dans des applications photothermiques pratiques.

Conception et méthodes

La métasurface à quelques couches 1D conçue est constituée de couches minces isolant/métal (à pertes élevées)/isolant sur un film métallique épais, comme le montre la figure 1a. Les épaisseurs des trois couches minces supérieures sont h ₁ , h _m , et, h ₂ , respectivement. La lumière d'éclairage peut être réfléchie d'avant en arrière sur l'interface diélectrique-air et l'interface diélectrique-métal dans la nanostructure plane IM, en construisant un résonateur [48], comme le montre la figure 1b (Résonateur 1). La longueur du résonateur 1 est de h ₁ . De même, la nanostructure plane métal (à pertes élevées)/isolant/métal (à pertes élevées) est également un résonateur [49, 50, 51] (dénoté par le résonateur 2 sur la figure 1c), et la longueur du résonateur 2 est h ₂ . La condition de résonance des deux résonateurs est

Conception de métasurfaces 1D à quelques couches

Par la présente, λ _res est la longueur d'onde de résonance. n _je et t _je sont respectivement l'indice de réfraction et l'épaisseur de la couche isolante. m est un nombre entier qui détermine l'ordre du mode de résonance. Φ_b et Φ_t sont le déphasage acquis à partir de deux réflexions. Basé sur l'éq. (1), en augmentant t _i , la longueur d'onde de résonance λ _res va passer au rouge. De plus, avec l'augmentation de l'épaisseur (t _i ) de la couche isolante, le nombre de modes de résonance augmentera. Pour augmenter l'absorption et élargir la bande passante de fonctionnement (∆λ _BW ) des résonateurs, des matériaux métalliques à pertes élevées sont utilisés à la fois pour les couches métalliques supérieure et inférieure. Comme nous le savons tous, il existe de nombreux matériaux à pertes élevées dans la nature, tels que le Ti, le W et le Ni. Ces matériaux sont bon marché. Ici, Ti est choisi comme métal à pertes élevées (la deuxième couche et la quatrième couche). Un MgF₂ couche est choisie comme première et troisième couche. Autres diélectriques similaires tels que SiO₂ , TiO₂ , et les polymères peuvent également être utilisés comme couches diélectriques.

Pour prouver que la structure de la figure 1a a deux résonateurs, les spectres d'absorption des structures planaires IM et MIM de la figure 1b, c sont simulés et représentés, respectivement. L'absorption de la métasurface peut être calculée en utilisant une formule de A = 1 − R − T . La méthode bidimensionnelle du domaine temporel aux différences finies (FDTD) est utilisée pour simuler la structure proposée. Une lumière normalement incidente est incidente le long de la direction z négative avec la polarisation le long de la direction x. La taille du maillage est définie sur 1 nm. Des conditions aux limites périodiques sont appliquées dans les directions x et y. Des couches parfaitement adaptées (PML) sont implémentées aux limites supérieure et inférieure du modèle. Pour les valeurs de permittivité des matériaux diélectriques et métalliques, les données expérimentales de [53] sont utilisées. Dans l'expérience, la métasurface conçue est fabriquée à l'aide d'un évaporateur à faisceau électronique. Les spectres de transmission optique (T) et de réflexion (R) de la métasurface sont mesurés par un spectrophotomètre Shimadzu UV3600.

Résultats de la simulation et discussion

Pour la structure IM de la figure 1b, le MgF₂ /Ti structure planaire est placé sur le MgF₂ substrat, et l'épaisseur (h _m ) de la couche de Ti est de 10 nm. Comme le montre la Fig. 2a, avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche diélectrique, on peut observer le nombre de modes de résonance dans le MgF₂ La structure des couches /Ti augmente progressivement, en bon accord avec l'Eq. (1). Cela indique que le MgF₂ La structure des couches /Ti sur la figure 1b est un résonateur [48]. Pendant ce temps, nous pouvons également constater que le mode de résonance inférieur (correspondant à la plus petite épaisseur de la couche diélectrique) a une plus grande bande passante (∆λ _BW ). Pour la structure MIM de la Fig. 1c, l'épaisseur (h ₂ ) de la couche supérieure de Ti est conçu pour être de 10 nm, tandis que l'Ag inférieur est infini pour bloquer la lumière transmise. De même, nous pouvons voir le comportement de résonance évident, et le mode de résonance d'ordre inférieur a une plus grande bande passante (∆λ _BW ), comme le montre la figure 2b.

un Spectres d'absorption simulés de la structure de MgF₂ /Ti/MgF₂ couches avec différents h ₁ . b Spectres d'absorption simulés de la structure de Ti/MgF₂ /Ti couches avec différents h ₂ . c Spectres d'absorption/transmission/réflexion simulés de la structure de la métasurface constituée de MgF₂ /Ti/MgF₂ /Ti couches sur un substrat. d Calculs de densité de dissipation de puissance pour la structure aux longueurs d'onde de deux pics d'absorption

Afin d'obtenir un spectre d'absorption à large bande, le résonateur 1 et le résonateur 2 fonctionnent dans le mode résonant d'ordre le plus bas en sélectionnant raisonnablement l'épaisseur (h ₁ = 105 nm, h ₂ = 95 nm) des deux couches diélectriques (accord de phase). Étant donné que la réflectivité de l'interface diélectrique-air et de l'interface diélectrique-métal est relativement faible, le mode de résonance fondamental a une perte optique élevée. La figure 2c présente les résultats de la simulation de l'absorption (ligne continue rouge) de la métasurface sur les longueurs d'onde visibles et infrarouges proches allant de 350 à 1 500 nm. En raison de l'existence de deux résonateurs, il existe deux pics d'absorption à une longueur d'onde plus courte (environ 470 nm) et une longueur d'onde plus longue (environ 790 nm), comme le montre la figure 2c. Ces deux pics résonants s'écartent légèrement des pics résonants des résonateurs isolés, du fait de l'interaction des deux résonateurs. En raison de la superposition des résonateurs, la métasurface 1D à quelques couches a une efficacité d'absorption moyenne supérieure à 97% aux longueurs d'onde de 350 à 1200 nm. La bande passante de fonctionnement (A> 90 %) des ∆λ _BW = 1000 nm est supérieur à ceux (∆λ _BW ≤ 750 nm) des précédents absorbeurs solaires basés sur des structures IM et MIM [1,2,3,4,5,6,7,8].

Pour vérifier davantage le mécanisme physique des absorbeurs de métasurface 1D, les cartes des distributions de densité de dissipation de puissance aux deux pics d'absorption sont calculées et les résultats sont représentés sur la figure 2d. Comme prévu, la lumière incidente est principalement absorbée dans la fine couche absorbante (métal à haute perte). De plus, pour prouver l'efficacité et l'universalité de la conception structurelle proposée, nous simulons également les performances des métasurfaces par d'autres métaux à pertes élevées. Par exemple, les résultats de simulation de l'absorption, de la transmission et de la réflexion des métasurfaces non nobles en utilisant d'autres métaux (tels que W, Ni et Cr) sont décrits dans le fichier supplémentaire 1 :Fig. S1. Dans la simulation, les matériaux des première et troisième couches sont MgF₂ . La métasurface utilisant W a également une absorption moyenne supérieure à 97 % à des longueurs d'onde allant de 350 à 1 000 nm.

Les spectres d'absorption des métasurfaces avec différentes épaisseurs de la couche absorbante sont calculés et discutés sur la figure 3a. L'absorbeur de métasurface maintient son absorption moyenne au-dessus de 90 % à des longueurs d'onde de 400 à 1 200 nm dans une large plage d'épaisseur de la couche absorbante mince (6 nm < d _m < 16 nm). Le résultat indique qu'une performance d'absorption élevée peut être obtenue dans une large gamme d'épaisseurs d'une couche absorbante mince, ce qui est propice à une fabrication pratique. Cependant, les travaux précédents n'utilisant qu'un seul résonateur nécessitent une épaisseur de haute précision de la couche absorbante mince pour une condition de couplage critique pour obtenir une absorption efficace.

un Spectres d'absorption simulés de la structure de la métasurface avec différents h _m . b –c Spectres d'absorption dépendant de l'angle de l'absorbeur de métasurface sous b TE-polarisé et c Lumières polarisées TM, respectivement. d Absorbance moyenne allant de 350 à 1000 nm à divers angles d'incidence de 0° à 80° de lumières polarisées TE et TM. e Rendements solaires-thermiques calculés (C = 1000) à divers angles d'incidence de 0° à 80° de lumière polarisée TE et TM

Les dépendances de l'angle et de la polarisation sont également un critère important pour évaluer un absorbeur optique, nous calculons donc en outre ses spectres d'absorption sous différents angles d'incidence pour les modes électriques transverses (TE) et magnétiques transverses (TM), comme le montre la Fig. 3b, c . L'absorption moyenne à des longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm est également calculée et représentée sur la figure 3d. Nous pouvons clairement voir que l'absorption moyenne à des longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm est maintenue au-dessus de 90% à un angle d'incidence aussi élevé que 65°. Leur absorption moyenne diminue légèrement avec l'augmentation des angles d'incidence et atteint encore 80 % pour des angles d'incidence jusqu'à 75° sous une lumière polarisée TE et TM. Pour ces précédentes nanostructures planes à quelques couches basées sur un résonateur, l'efficacité d'absorption moyenne à des longueurs d'onde allant de 400 à 1 000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous incidence de polarisation TE.[1,2,3 ,4,5,6,7,8,48,50].Ces résultats montrent que cette métasurface possède les meilleures performances d'indépendance angulaire par rapport aux précédents absorbeurs planaires à quelques couches [1,2,3,4,5,6, 7,8]. La raison en est que, la plupart des absorbeurs planaires à quelques couches précédemment rapportés sont basés sur un seul type de mécanismes d'absorption. Cependant, l'absorption dans notre absorbeur est basée sur la superposition de deux résonateurs à pertes élevées. Sur la base des spectres d'absorption simulés, nous calculons l'efficacité de conversion solaire-thermique ƞ , comme suit[52]

où E _α est l'absorbance solaire totale ; E _R est la perte de rayonnement thermique ; E _solaire est l'irradiation solaire spectrale; E_B (λ ,T _A ) est le rayonnement du corps noir à la température T _A; et C est le facteur de concentration qui est généralement de l'ordre de 1 à 1000[52]. Les résultats calculés sont affichés par les lignes pleines de la Fig. 3e. L'absorbeur a des performances élevées ƞ _{solaire thermique} of > 0.9 sous une lumière polarisée TE avec un angle d'incidence de θ <  = 60°, comme le montre la figure 3e. Pendant ce temps, l'absorbeur reste ƞ>  = 0.9 sous une lumière polarisée TM avec un angle d'incidence de θ <  = 55°, comme le montre la figure 3e. Cette performance est meilleure que celle des précédents absorbeurs solaires [52]. ƞ avec différents angles d'incidence dans la Réf. [52] est représenté par la ligne pointillée sur la Fig. 3e. Pour la polarisation TM, le ƞ de notre absorbeur est environ 20 % plus élevé que celui de l'absorbeur dans [52]. Ces résultats révèlent que l'absorption optique de notre métasurface n'est pas seulement à large bande mais aussi à grand angle.

Résultats expérimentaux et discussion

Pour valider l'absorbeur de métasurface 1D proposé, nous fabriquons la métasurface conçue en utilisant uniquement un évaporateur à faisceau électronique. La couche inférieure de Ti (150 nm), un espaceur de MgF₂ (95 nm), une fine couche de Ti d'absorption (10 nm) et un MgF₂ couche (105 nm) sont déposées sur un substrat de verre. L'image de l'absorbeur fabriqué est représentée sur la figure 4a, et nous pouvons observer que l'échantillon est tout noir. Ensuite, la transmission optique (T ) et les spectres de réflexion (R) de la métasurface sont mesurés à des longueurs d'onde de 350 à 1500 nm avec un spectrophotomètre Shimadzu UV3600 fixé à la sphère d'intégration (ISR-3100). L'absorption (A ) est alors calculé par A = 1–R –T . Clairement, nous voyons un spectre d'absorption à large bande avec deux pics d'absorption, présentant un bon accord entre les résultats de la simulation sur la figure 2c et les résultats de l'expérience sur la figure 4b. L'absorption moyenne des résultats de l'expérience est supérieure à 97 % aux longueurs d'onde comprises entre 350 et 1 200 nm. Le BW (∆λ _BW ) de l'absorption supérieure à 90 % est jusqu'à 1030 nm (350 nm-1380 nm), ce qui est supérieur à (∆λ _BW = 750 nm [51]) de l'absorbeur plan IM et MIM précédemment rapporté [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17].

un Photographie de la métasurface sur un substrat de verre. b Spectres expérimentaux d'absorption/transmission/réflexion d'une structure de métasurface. c Photographie d'une métasurface flexible sur un substrat PE. d Spectres expérimentaux d'absorption/transmission/réflexion d'une métasurface flexible. e Spectres d'absorption dépendant de l'angle expérimental d'un absorbeur de métasurface sous une lumière non polarisée. f Absorption expérimentale moyenne à des longueurs d'onde allant de 350 à 1 000 nm à divers angles d'incidence de 0° à 70° d'une lumière non polarisée

De plus, nous déposons également la structure de la métasurface sur un substrat flexible (PE, polyéthylène), et la figure 4c représente l'image de l'échantillon flexible fabriqué, qui est également noir. Les propriétés optiques de l'échantillon flexible sont également mesurées et représentées sur la figure 4d, et une absorption moyenne supérieure à 95 % à des longueurs d'onde de 350 à 1 100 nm est obtenue. La raison de la faible différence d'absorption à des longueurs d'onde plus courtes entre les figures 4b et d est qu'il est un peu difficile d'assurer son épaisseur de haute précision de métal/diélectrique dans les processus de dépôt. Comme le montre la figure 4e, nous mesurons également les spectres d'absorption sous différents angles d'incidence avec une lumière non polarisée. Les résultats de l'expérience montrent que notre absorbeur est insensible à l'angle d'incidence, ce qui est cohérent avec les résultats de la simulation. L'absorption moyenne mesurée allant de 350 à 1 000 nm à divers angles d'incidence de 0° à 70° est également représentée sur la figure 4f. L'absorption moyenne mesurée à des longueurs d'onde allant de 350 nm à 1 000 nm est maintenue au-dessus de 90 % à l'angle d'incidence comme jusqu'à 65°, ce qui est en bon accord avec le résultat de la simulation de la Fig. 3d. Notez que, pour ces nanostructures planes à quelques couches basées sur un résonateur, l'efficacité d'absorption moyenne à des longueurs d'onde allant de 400 à 1 000 nm chuterait en dessous de 90 % pour des angles d'incidence supérieurs à 40 ° sous l'incidence de la polarisation TE.[1,2 ,3,4,5,6,7,8, 48, 50]

Pour évaluer davantage le potentiel de notre métasurface dans les applications photothermiques, nous caractérisons également sa propriété de chauffe-lumière. Nous utilisons une source de lumière halogène à large bande, puis enregistrons l'augmentation de la température d'un échantillon de métasurface à l'aide d'un thermomètre infrarouge XINTEST-HT18. La puissance de la source lumineuse halogène est mesurée par un photomètre XINBAO-SM206 dans l'expérience suivante. À partir de la figure 5a, on peut clairement voir que les chaleurs générées sont fortement confinées autour de l'échantillon de métasurface. La métasurface flexible augmente sa température de surface de 25,1 K par rapport à la température ambiante sous la lumière halogène de P = 1,2 kW/m ² . L'augmentation de la température de surface est supérieure à celle des absorbeurs solaires récemment rapportés basés sur une métasurface de particules d'or (A = 83%, ∆T _e = 12 °C, P = 2,4 kW/m ² )[54] et métasurface plasmonique or/nickel (∆T _e = 8 °C, P = 1kw/m ² ) [55] De plus, la figure 5b, c montre des séquences d'images représentatives d'une goutte d'eau gelée sur une métasurface et des échantillons de verre. Premièrement, une seule goutte d'eau est déposée et congelée à la surface d'une métasurface et d'un verre. Ensuite, une lampe halogène (P ≈ 1,2 kW/m ² ) illumine la surface avec la gouttelette gelée collée à la métasurface ou au verre. Pour l'échantillon de métasurface, la gouttelette commence à glisser après 40 s et elle est complètement éliminée en environ 75 s. En revanche, aucun changement de la gouttelette congelée n'est observé pour le verre sous le même éclairage. Notez que, l'intensité d'éclairage (P = 1,2 kW/m ² ) de la lumière incidente dans notre travail n'est que la moitié de celle (P = 2,4 kW/m ² ) dans les précédentes études solaires anti-glace basées sur l'or/TiO₂ métasurfaces de particules[54], indiquant que notre métasurface est plus avantageuse pour les applications pratiques.

un Image thermique d'un absorbeur de métasurface. b Instantanés représentatifs d'une goutte d'eau gelée sur une métasurface et un verre éclairés

Conclusions

En résumé, une stratégie de conception efficace a été proposée pour réaliser des absorbeurs à large bande basés sur une métasurface 1D non noble, constituée de couches diélectrique/métal/diélectrique/métal. Grâce à la superposition de deux résonateurs à pertes élevées, une absorption moyenne supérieure à 97 % à des longueurs d'onde de 350 à 1 200 nm a été obtenue. La bande passante de l'absorption supérieure à 90 % était jusqu'à 1000 nm (410–1410 nm), ce qui était supérieur à celui (≤ 750 nm) des absorbeurs plans MIM précédents [1, 5, 8, 25, 26, 27]. La métasurface a été fabriquée par une simple méthode de dépôt par faisceau électronique, offrant la possibilité d'applications sur de grandes surfaces. Les résultats de la simulation et de l'expérience ont montré que l'absorption à large bande de nos absorbeurs était maintenue au-dessus de 90 % à un angle d'incidence aussi élevé que 65 ° allant de 350 à 1 000 nm. Pour les absorbeurs plans à quelques couches précédents, l'efficacité d'absorption moyenne à des longueurs d'onde allant de 400 à 1 000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous une incidence de polarisation TE.[1,2,3,4,5 , 6, 7, 8, 48, 50]. De plus, la flexibilité a également été démontrée en déposant la métasurface sur un substrat flexible. La métasurface flexible a augmenté sa température de surface de 25,1 K par rapport à la température ambiante sous une lampe halogène de P = 1,2 kW/m ² . Pour des applications pratiques, nous avons étudié la capacité de la métasurface flexible à éliminer la glace sous une lampe halogène de P = 1,2 kW/m ² . Cette métasurface 1D à large bande et à absorption efficace pourrait avoir des applications potentielles dans la phobie des glaces due à l'énergie solaire.

Disponibilité des données et des matériaux

Les ensembles de données générés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Abréviations

BW :

bandes passantes

FDTD :

domaine temporel aux différences finies

IM :

isolant–métal

MIM :

métal–isolant–métal