Métamatériaux main gauche asymétriques, en micro-onde et en infrarouge, en incidence normale. B....
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Métamatériaux main gauche asymétriques, en micro-onde et en infrarouge,
en incidence normale.
Métamatériaux main gauche asymétriques, en micro-onde et en infrarouge,
en incidence normale.
B. KANTE, S. N. BUROKUR, F. GADOT, A. de LUSTRAC, A. AASSIME J. M. LOURTIOZ.
IEF, Université Paris Sud, Bât 220, 91405 ORSAY Cedex, FRANCE
Journées scientifiques du CNFRS20-21 mars 2007, CNAM, Paris
ObjectifsObjectifs
Conception, réalisation et caractérisation de métamatériaux nanométriques.
Structures avec µ et simultanément <0 dans le moyen ou lointain IR.
PlanPlan
• Historique sur les métamatériaux
• Présentation de nos échantillons: technologie, dimensions et
mesures
• Unification de deux approches dans la conception des LHMs
• Métamatériau main gauche asymétrique en micro-ondes et
infrarouge
• Conclusion et perspectives
Matériau « main gauche » ou LHM
SE
H
k
E
H
k S0
Matériau « main droite »
n imaginaireMode évanescent
n imaginaireMode évanescent
Mode propagatif, n > 0
Mode propagatif, n < 0
V.G. Veselago, Soviet Physics Uspekhi 10 (1968)
Les 4 états électromagnétiques de la matière.Les 4 états électromagnétiques de la matière.
a
2ra
(par J.B. Pendry, Imperial College)
•Un réseau métallique d’anneaux coupés (split ring resonators ou encore SRR) a une perméabilité négative dans une certaine gamme de fréquences.
•Un réseau de fils fins métalliques est un matériau avec une permittivité négative (pour
< p) où p est la fréquence plasma.
J.B. Pendry, PRL 76, pp.4773-4776 (1996) J.B. Pendry, IEEE MTT 47, pp.2075-2084 (1999)
EH
Matériau avec < 0 ou < 0Matériau avec < 0 ou < 0
Association des 2 précédentes structures métalliques
Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and PermittivityD. R. Smith et al., PRL 84, pp. 4184-4187 (2000)
EH
k
Matériau « main gauche »Matériau « main gauche »
0et 0
0
²
si
n
n
Fils et Anneaux coupés réalisés à l’IEF: Or sur silicium.Fils et Anneaux coupés réalisés à l’IEF: Or sur silicium.
200nm
Transmission et réflexion mesurées des SRRs sur substrat Silicium pour les 2 polarisations
Transmission et réflexion mesurées des SRRs sur substrat Silicium pour les 2 polarisations
E
Hk
H
Ek
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
120 140 160 180 200 220
Tra
nsm
issi
on
, Re
flect
ion
Frequency (THz)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
120 140 160 180 200 220
Tra
nsm
issi
on
, Re
flect
ion
Frequency (THz)
Résonance plasmon
(1)
Résonance plasmon
(2’)
H
Ek
Résonance plasmon
(2’)
Résonance plasmon
(1)
E
Hk
Transmission et réflexion calculées des SRRs sur substrat Silicium pour les 2 polarisations
Transmission et réflexion calculées des SRRs sur substrat Silicium pour les 2 polarisations
Spectres de transmission et de réflexion calculés des SRRs sur une plus grande bande fréquentielle
Spectres de transmission et de réflexion calculés des SRRs sur une plus grande bande fréquentielle
E // Gap
1ère Résonance plasmon
H // Gap
Résonance plasmon (1)
2ème Résonance plasmon (1’)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
120 140 160 180 200 220
Tra
nsm
issi
on
, Re
flect
ion
Frequency (THz)
E
Hk
E // Gap
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
120 140 160 180 200 220
Tran
smis
sion
, R
efle
ctio
n
Frequency (THz)
H // Gap
Résonance plasmon des
SRRs (1)2ème Résonance
plasmon des SRRs (2’)
H
Ek
Transmission et réflexion mesurées des anneaux coupés et fils
Transmission et réflexion mesurées des anneaux coupés et fils
Renforcement des intensités des champs en présence du réseau de fils
Renforcement des intensités des champs en présence du réseau de fils
Résonance magnétique (f ≈ 60THz) : E // Gap - SRRs + Fils
Résonance magnétique (f ≈ 60THz) : E // Gap - SRRs seuls
Perméabilité et permittivité calculées pour la structure entière.
Perméabilité et permittivité calculées pour la structure entière.
2 résonances où les parties réelles de et sont simultanément négatives.
Unification de deux approches dans la conception des matériaux main gauche
Unification de deux approches dans la conception des matériaux main gauche
• Approche de W. Shalaev: Matériau bicouche en IR symétrique.
• Approche reprise par J. Zhou et E. Ozbay en micro-ondes.
• Notre approche: structure monocouche asymétrique.
• Résonateurs + lignes continues en incidence normale.
Métamatériau asymétrique en micro-onde et en infrarougeMétamatériau asymétrique en micro-onde et en infrarouge
• Évolution des deux approches précédentes vers une structure monocouche asymétrique.
En micro-ondes
En infrarouge
Démonstration du caractère main gauche:
Homogénéïsation et extraction de paramètres effectifs à partir des coefficients de transmission et de réflexion complexes (approche de D.R Smith et al.)
Evolution de la phase avec le nombre de couches de matériaux dans la direction de propagation. (approche d’ Ozbay et al.)
Métamatériau asymétrique en micro-onde et en infrarougeMétamatériau asymétrique en micro-onde et en infrarouge
Métamatériau asymétrique en micro-onde. Comparaison mesure - simulation.
Métamatériau asymétrique en micro-onde. Comparaison mesure - simulation.
-20
-15
-10
-5
0
5 10 15 20
mag(s11)mag(s12)
s11s12
gai
n
f(GHz)
Comparaison mesure-simulation. Evolution de la phase.
-100
-50
0
50
100
8 109 9 109 1 1010 1.1 1010 1.2 1010 1.3 1010 1.4 1010 1.5 1010
1 layer
2 layers
3 layersp
ha
se
f
LHM
Conclusions et perspectivesConclusions et perspectives
Conclusions:
•Matériau « main gauche » asymétrique associant un réseau de
fils et d’anneaux coupés en or sur silicium.
•Résonances à 60 et 150THz.
•Métamatériau main gauche asymétrique en incidence normale
fonctionnant en micro-onde.
Perspectives:
• Métamatériau main gauche asymétrique sans anneau coupés
en IR et dans le domaine visible (en cours).