Obtenir une absorption solaire supérieure à 97 % de 350 à 1200 nm avec une conception à double résonateur à haute perte

Résumé

L'absorption large bande efficace du rayonnement solaire est souhaitée pour la désalinisation de l'eau de mer, la prévention du givrage et d'autres applications d'énergie renouvelable. Nous proposons l'idée de superposer deux résonances à haute perte pour élargir les bandes passantes d'un absorbeur à quelques couches, qui est constitué de couches diélectrique/métal/diélectrique/métal. La simulation et l'expérience montrent toutes deux que la structure a une efficacité d'absorption moyenne supérieure à 97 % aux longueurs d'onde allant de 350 à 1200 nm. La bande passante d'absorption supérieure à 90 % atteint 1000 nm (410–1410 nm), ce qui est supérieur à celle (≤ 750 nm) des absorbeurs planaires MIM précédents. En particulier, l'absorption moyenne de 350 à 1000 nm reste supérieure à 90 % à un angle d'incidence aussi élevé que 65°, et reste supérieure à 80 % même à un angle d'incidence de 75°. La performance d'insensibilité angulaire est bien meilleure que celle des absorbeurs solaires à quelques couches précédents. Les absorbeurs métasurfaces 1D flexibles non nobles sont fabriqués en une seule étape d'évaporation. Sous l'illumination d'une lampe halogène de P = 1,2 kW/m², la métasurface flexible augmente sa température de surface de 25,1 K par rapport à la température ambiante. D'autres expériences démontrent que la localisation de chaleur fait fondre rapidement la glace accumulée. Notre intensité d'illumination (P = 1,2 kW/m²) n'est que la moitié de celle (P = 2,4 kW/m²) dans les études précédentes d'anti-givrage solaire basées sur des métasurfaces de particules d'or/TiO₂, indiquant que notre métasurface est plus avantageuse pour les applications pratiques. Nos résultats illustrent une voie efficace vers les absorbeurs métasurfaces à large bande avec les propriétés attrayantes de flexibilité mécanique, faible coût des métaux non nobles, et fabrications à grande échelle, qui ont des perspectives prometteuses dans les applications d'utilisation de la chaleur solaire.

Introduction

Un absorbeur optique avec une absorption élevée et large bande a longtemps été un objectif scientifique et technologique majeur [1-9] pour de nombreuses applications, incluant le photovoltaïque thermique [10-15], la génération de vapeur [16, 17], et la photodétection [18]. Ces dernières années, les absorbeurs métamatériaux/métasurfaces optiques, des matériaux structurés artificiellement faits d'arrays 2D de cellules unitaires sous-longueur d'onde, ont été largement étudiés et développés [1, 2], tels que les nanofils densément compacts [19], les nanotubes [15], les rainures coniques [20-22], et les designs pyramidaux [23, 24]. Bien que d'énormes efforts soient faits dans l'amélioration des performances de ces absorbeurs basés sur des arrays 2D [25-37], la complexité de fabrication de la plupart de ces nanostructures, nécessitant la lithographie par faisceau d'électrons (EBL) [20], le fraisage par faisceau d'ions focalisés (FIB) [23], la nanoimpression lithographique [22], ou la technologie de lithographie [24], entrave leur mise à l'échelle ultérieure.

Pour résoudre ces problèmes, les métasurfaces 1D basées sur le concept de designs planaires sans lithographie deviennent un sujet d'investigations intensives ces dernières années [1, 5, 8, 25-27]. Récemment, les scientifiques ont prouvé la capacité d'absorption de certaines configurations à quelques couches (telles que couche unique de métal noble, isolant-métal (IM), et structure métal-isolant-métal (MIM)) [1, 8, 25-27, 38-48], qui sont favorables à l'accumulation locale de chaleur absorbée. Premièrement, pour les configurations planaires simples basées sur les métaux nobles (tels que Au et Ag), les bandes passantes d'absorption (A > 90 %) sont inférieures à 500 nm car l'absorption est causée par un seul mécanisme d'effet plasmon de surface (SPP) [1-8]. Ces absorbeurs basés sur l'effet SPP montrent également une propriété intrinsèquement dépendante de l'angle en raison des conditions d'appariement de momentum [1-8]. De plus, certains absorbeurs utilisant des métaux nobles basés sur une configuration planaire IM ou MIM ont également été proposés et démontrés en utilisant la résonance de Fabry-Pérot (FP). Cependant, pour ces absorbeurs planaires (tels que Ge/Au [48] et Ag/Si/Ag [49]), les bandes passantes 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 des matériaux en métaux nobles dans la plupart des absorbeurs mentionnés ci-dessus est élevé [1-8, 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]. L'absorbeur Mo/Al₂O₃/Mo basé sur une seule résonance de Fabry-Pérot (FP) a montré une absorption supérieure à 90 % de 400 à 900 nm [50]. L'absorbeur Cr/Al₂O₃/Cr basé sur une résonance FP a montré une absorption supérieure à 90 % de 400 à 1150 nm [51]. Pour la plupart des absorbeurs planaires à quelques couches rapportés, la bande passante Δλ_BW (A > 90 %) dans les longueurs d'onde visible-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 400–1000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous une incidence polarisée TE. Une telle caractéristique spectrale dépendante de l'angle est un inconvénient significatif, ce qui rend les absorbeurs difficiles à appliquer dans les usages pratiques. Ainsi, la conception et la réalisation de métasurfaces 1D à quelques couches non nobles pour atteindre une absorption omnidirectionnelle, large bande et efficace sont difficiles mais nécessaires pour les applications pratiques.

Ici, nous proposons et démontrons expérimentalement une métasurface 1D à quelques couches non nobles, qui superpose deux résonateurs à haute perte pour élargir les bandes passantes (Δλ_BW) des absorbeurs. La métasurface 1D à quelques couches non nobles est constituée de couches minces diélectrique/métal/diélectrique sur un film métallique épais, et elle comprend deux résonateurs à haute perte. En raison de la superposition des deux résonateurs à haute perte, 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 %) atteignent 1000 nm (410–1410 nm), ce qui est supérieur à celle (Δλ_BW = 750 nm [51]) des absorbeurs planaires MIM précédents [1-8, 48, 50]. De plus, l'absorption moyenne pour une large gamme d'angles d'incidence jusqu'à 0–65° dépasse toutes 90 % aux longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm. Cela rend nos absorbeurs plus bénéfiques pour les applications pratiques comparés aux absorbeurs planaires MIM précédents [1-8, 48, 50], dont l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde de 400–1000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous incidence polarisée TE. La métasurface est fabriquée par une seule étape de dépôt par évaporation par faisceau d'électrons sur un substrat de verre ainsi qu'un substrat PET flexible. Les spectres d'absorption mesurés de la métasurface non noble correspondent bien aux résultats de 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 (ΔT_e = 25,1 K) lorsqu'elle est illuminée par une source lumineuse halogène (P = 1,2 kW/m²). L'augmentation de température (ΔT_e = 25,1 K) est supérieure à celle des absorbeurs solaires récemment rapportés basés sur une métasurface de particules d'or (ΔT_e = 12 °C sous P = 2,4 kW/m²) [48] et métasurface plasmonique or/nickel (ΔT_e = 8 °C sous P = 1,2 kW/m²) [49]. Pour les applications pratiques, nous démontrons que la métasurface est capable d'éliminer la glace sous une source lumineuse halogène (P = 1,2 kW/m²). Cela est plus efficace comparé au travail précédent d'anti-givrage solaire basé sur une métasurface de particules d'or/TiO₂ utilisant une source lumineuse halogène avec P = 2,4 kW/m² [48]. La fabrication sans lithographie de notre métasurface 1D à quelques couches est facile à mettre à l'échelle, facilitant son utilisation extensive dans les applications photo-thermiques pratiques.

Conception et méthodes

La métasurface 1D à quelques couches conçue consiste en isolant/métal (haute perte)/isolant couches minces sur un film métallique épais, comme montré dans la Fig. 1a. Les épaisseurs des trois couches minces supérieures sont h₁, h_m, et h₂, respectivement. La lumière incidente peut être réfléchie en arrière et en avant sur l'interface diélectrique-air et l'interface diélectrique-métal dans la nanostructure planaire IM, construisant un résonateur [48], comme montré dans la Fig. 1b (Résonateur 1). La longueur du Résonateur 1 est h₁. De même, la nanostructure planaire métal (haute perte)/isolant/métal (haute perte) est aussi un résonateur [49-51] (dénoté par Résonateur 2 dans la Fig. 1c), et la longueur du Résonateur 2 est h₂. La condition de résonance des deux résonateurs est :

2 (2π/λ_res) n_i t_i + Φ_b + Φ_t = 2π m

où λ_res est la longueur d'onde de résonance. n_i et t_i sont l'indice de réfraction et l'épaisseur de la couche isolante, respectivement. m est un nombre entier qui détermine l'ordre du mode de résonance. Φ_b et Φ_t sont le déphasage acquis par les deux réflexions. Basé sur l'Éq. (1), en augmentant t_i, la longueur d'onde de résonance λ_res décalera vers le 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 opérationnelle (Δλ_BW) des résonateurs, des matériaux métalliques à haute perte sont employés pour les couches métalliques supérieure et inférieure. Comme nous le savons, il y a beaucoup de matériaux à haute perte dans la nature, tels que Ti, W, et Ni. Ces matériaux sont peu coûteux. Ici, le Ti est choisi comme le métal à haute perte (la deuxième et quatrième couches). Une couche de MgF₂ est choisie comme la première et troisième couches. D'autres diélectriques similaires tels que SiO₂, TiO₂, et polymères peuvent aussi être utilisés comme couches diélectriques.

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

Résultats de simulation et discussion

Pour la structure IM dans la Fig. 1b, la structure planaire MgF₂/Ti est placée sur le substrat MgF₂, et l'épaisseur (h_m) de la couche Ti est de 10 nm. Comme montré dans la Fig. 2a, avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche diélectrique, on peut observer que le nombre de modes de résonance dans la structure de couches MgF₂/Ti augmente progressivement, concordant bien avec l'Éq. (1). Cela indique que la structure de couches MgF₂/Ti dans la Fig. 1b est un résonateur [48]. Pendant ce temps, nous pouvons aussi trouver que le mode de résonance inférieur (correspondant à la plus petite épaisseur de la couche diélectrique) a une bande passante plus grande (Δλ_BW). Pour la structure MIM dans la Fig. 1c, l'épaisseur (h₂) de la couche Ti supérieure est conçue pour être 10 nm, tandis que l'Ag inférieure est infinie 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 bande passante plus grande (Δλ_BW), comme montré dans la Fig. 2b.

Afin d'obtenir un spectre d'absorption large bande, tant le Résonateur 1 que le Résonateur 2 fonctionnent dans le mode de résonance d'ordre le plus bas en sélectionnant raisonnablement l'épaisseur (h₁ = 105 nm, h₂ = 95 nm) des deux couches diélectriques (adaptation de phase). Puisque 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 trace les résultats de simulation de l'absorption (ligne rouge continue) de la métasurface sur les longueurs d'onde visible et proche infrarouge allant de 350 à 1500 nm. En raison de l'existence de deux résonateurs, il y a 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 montré dans la Fig. 2c. Ces deux pics de résonance dévient légèrement des pics de résonance des résonateurs isolés, à cause 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 350–1200 nm. La bande passante opérationnelle (A > 90 %) de Δλ_BW = 1000 nm est supérieure à celles (Δλ_BW ≤ 750 nm) des absorbeurs solaires précédents basés sur les structures IM et MIM [1-8].

Pour vérifier davantage le mécanisme physique des absorbeurs métasurfaces 1D, les cartes de distributions de densité de dissipation de puissance aux deux pics d'absorption sont calculées, et les résultats sont représentés dans la Fig. 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 aussi les performances des métasurfaces par d'autres métaux à haute perte. Par exemple, les résultats de simulation de l'absorption, transmission, et réflexion des métasurfaces non nobles en utilisant d'autres métaux (tels que W, Ni et Cr) sont représentés dans le Fichier additionnel 1 : Fig. S1. Dans la simulation, les matériaux des première et troisième couches sont MgF₂. La métasurface en utilisant W a aussi une absorption moyenne supérieure à 97 % aux longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm.

Les spectres d'absorption des métasurfaces avec différentes épaisseurs de la couche absorbante sont calculés et discutés dans la Fig. 3a. L'absorbeur métasurface maintient son absorption moyenne supérieure à 90 % aux longueurs d'onde de 400-1200 nm dans une large gamme de l'épaisseur de la fine couche absorbante (6 nm < d_m < 16 nm). Le résultat indique qu'une haute performance d'absorption peut être atteinte dans une large gamme de l'épaisseur d'une fine couche absorbante, ce qui est propice à une fabrication commode. Cependant, le travail précédent n'utilisant qu'un seul résonateur nécessite une épaisseur de haute précision de la fine couche absorbante pour une condition de couplage critique pour atteindre une absorption efficace.

La dépendance à l'angle et à la polarisation est aussi un critère important pour évaluer un absorbeur optique, donc nous calculons davantage ses spectres d'absorption sous différents angles d'incidence pour les modes transverse électrique (TE) et transverse magnétique (TM), comme montré dans la Fig. 3b, c. L'absorption moyenne aux longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm est aussi calculée et représentée dans la Fig. 3d. Nous pouvons voir clairement que l'absorption moyenne aux longueurs d'onde allant de 350 à 1000 nm est maintenue supérieure à 90 % à un angle d'incidence aussi élevé que 65°. Leur absorption moyenne diminue légèrement avec l'augmentation des angles d'incidence et est encore jusqu'à 80 % pour des angles d'incidence jusqu'à 75° sous lumière polarisée TE et TM. Pour ces nanostructures planaires à quelques couches précédentes basées sur un résonateur, l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde allant de 400 à 1000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous incidence polarisée TE [1-8, 48, 50]. Ces résultats montrent que cette métasurface possède la meilleure performance d'indépendance angulaire comparée aux absorbeurs planaires à quelques couches précédents [1-8]. La raison 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 haute perte. Basé sur les spectres d'absorption simulés, nous calculons l'efficacité de conversion solaire-thermique η, comme suit [52] :

Δ = E_α - E_R = (C × ∫ dλ α(λ) E_solar(λ) - ∫ dλ α(λ) E_B(λ)) / (C × ∫ dλ E_solar(λ))

où E_α est l'absorbance solaire totale ; E_R est la perte de rayonnement thermique ; E_solar 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 continues dans la Fig. 3e. L'absorbeur effectue un η_{solaire-thermique} élevé de > 0,9 sous une lumière polarisée TE avec un angle d'incidence θ ≤ 60°, comme montré dans la Fig. 3e. Pendant ce temps, l'absorbeur reste η ≥ 0,9 sous une lumière polarisée TM avec un angle d'incidence θ ≤ 55°, comme montré dans la Fig. 3e. Cette performance est meilleure que celle des absorbeurs solaires précédents [52]. η avec divers angles d'incidence dans la Ref. [52] est représenté par la ligne pointillée dans la Fig. 3e. Pour la polarisation TM, le η 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 large bande mais aussi à grand angle.

Résultats expérimentaux et discussion

Pour valider l'absorbeur métasurface 1D proposé, nous fabriquons la métasurface conçue en utilisant seulement un évaporateur à faisceau d'électrons. La couche inférieure de Ti (150 nm), un espaceur de MgF₂ (95 nm), une fine couche d'absorption Ti (10 nm), et une couche de MgF₂ (105 nm) sont déposées sur un substrat de verre. L'image de l'absorbeur fabriqué est représentée dans la Fig. 4a, et nous pouvons observer que l'échantillon est tout noir. Ensuite, les spectres de transmission optique (T) et de réflexion (R) de la métasurface sont mesurés aux longueurs d'onde de 350–1500 nm avec un spectrophotomètre Shimadzu UV3600 attaché à la sphère intégrante (ISR-3100). L'absorption (A) est alors calculée par A = 1 - R - T. Clairement, nous voyons un spectre d'absorption large bande avec deux pics d'absorption, exhibant un bon accord entre les résultats de simulation dans la Fig. 2c et les résultats d'expérience dans la Fig. 4b. L'absorption moyenne des résultats d'expérience est supérieure à 97 % aux longueurs d'onde de 350 à 1200 nm. La BW (Δλ_BW) de l'absorption supérieure à 90 % atteint 1030 nm (350 nm-1380 nm), ce qui est supérieur à celle (Δλ_BW = 750 nm [51]) des absorbeurs planaires IM et MIM précédemment rapportés [2-17].

De plus, nous déposons aussi la structure de métasurface sur un substrat flexible (PE, polyéthylène), et la Fig. 4c représente l'image de l'échantillon flexible fabriqué, qui est aussi noir. Les propriétés optiques de l'échantillon flexible sont aussi mesurées et représentées dans la Fig. 4d, et une absorption moyenne supérieure à 95 % aux longueurs d'onde de 350–1100 nm est obtenue. La raison de la petite différence d'absorption aux courtes longueurs d'onde entre la Fig. 4b, d est qu'il est un peu difficile d'assurer son épaisseur de haute précision de métal/diélectrique dans les processus de dépôt. Comme montré dans la Fig. 4e, nous mesurons aussi les spectres d'absorption sous différents angles d'incidence avec une lumière non polarisée. Les résultats d'expérience montrent que notre absorbeur est insensible à l'angle d'incidence, ce qui est cohérent avec les résultats de simulation. L'absorption moyenne mesurée allant de 350 à 1000 nm à divers angles d'incidence de 0° à 70° est aussi représentée dans la Fig. 4f. L'absorption moyenne mesurée aux longueurs d'onde allant de 350 nm-1000 nm est maintenue supérieure à 90 % à un angle d'incidence aussi élevé que 65°, ce qui est en bon accord avec le résultat de simulation dans la Fig. 3d. Notez que, pour ces nanostructures planaires à quelques couches rapportées basées sur un résonateur, l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde allant de 400 à 1000 nm chuterait en dessous de 90 % pour des angles d'incidence supérieurs à 40° sous incidence polarisée TE [1-8, 48, 50].

Pour évaluer davantage le potentiel de notre métasurface dans les applications photo-thermiques, nous caractérisons aussi sa propriété de chauffage par la lumière. Nous utilisons une source lumineuse halogène à large bande, et enregistrons ensuite la température augmentée d'un échantillon de métasurface par un thermomètre infrarouge XINTEST-HT18. La puissance de la source lumineuse halogène est mesurée par un photomètre XINBAO-SM206 dans l'expérience suivante. De la Fig. 5a, on peut voir clairement que les chaleurs générées sont hautement 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/m². 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 %, ΔT_e = 12 °C, P = 2,4 kW/m²) [54] et métasurface plasmonique or/nickel (ΔT_e = 8 °C, P = 1 kW/m²) [55]. De plus, la Fig. 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 gelée sur la surface d'une métasurface et de verre. Ensuite, une lumière de lampe halogène (P ≈ 1,2 kW/m²) illumine la surface avec la goutte gelée adhérant à la métasurface ou au verre. Pour l'échantillon de métasurface, la goutte commence à glisser après 40 s, et elle est complètement éliminée dans environ 75 s. En contraste, aucun changement de la goutte gelée n'est vu pour le verre sous la même illumination. Notez que, l'intensité d'illumination (P = 1,2 kW/m²) de la lumière incidente dans notre travail n'est que la moitié de celle (P = 2,4 kW/m²) dans les études précédentes d'anti-givrage solaire basées sur des métasurfaces de particules d'or/TiO₂ [54], indiquant que notre métasurface est plus avantageuse pour les applications pratiques.

Conclusions

En résumé, une stratégie de conception efficace a été proposée pour atteindre des absorbeurs large bande basés sur une métasurface 1D non noble, consistant en couches diélectrique/métal/diélectrique/métal. Grâce à la superposition de deux résonateurs à haute perte, une absorption moyenne supérieure à 97 % aux longueurs d'onde de 350–1200 nm a été atteinte. La bande passante de l'absorption supérieure à 90 % atteignait 1000 nm (410–1410 nm), ce qui était supérieur à celle (≤ 750 nm) des absorbeurs planaires MIM précédents [1, 5, 8, 25-27]. La métasurface a été fabriquée par une méthode simple de dépôt par faisceau d'électrons, fournissant la possibilité d'applications à grande surface. Les résultats de simulation et d'expérience ont montré que l'absorption large bande de nos absorbeurs était maintenue supérieure à 90 % à un angle d'incidence aussi élevé que 65° allant de 350 à 1000 nm. Pour les absorbeurs planaires à quelques couches précédents, l'efficacité d'absorption moyenne aux longueurs d'onde allant de 400 à 1000 nm chuterait en dessous de 90 % pour un angle d'incidence supérieur à 40° sous une incidence polarisée TE [1-8, 48, 50]. De plus, la flexibilité a aussi 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/m². Pour les applications pratiques, nous avons étudié la capacité de la métasurface flexible pour éliminer la glace sous une lampe halogène de P = 1,2 kW/m². Cette métasurface 1D avec une absorption large bande et efficace pourrait avoir des applications potentielles dans la prévention du givrage entraînée par l'énergie solaire.

Disponibilité des données et matériaux

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude actuelle sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Abréviations

BW :

bandes passantes

FDTD :

différences finies dans le domaine temporel

IM :

isolant-métal

MIM :

métal-isolant-métal