Strong light-matter interaction in lithography-free perfect absorbers for photoconversion, photodetection, light emission, sensing, and filtering applications

Alt dalga boyutlarındaki nanoyapılar tarafından elektromanyetik (EM) dalgaların verimli bir şekilde toplaması, dar veya geniş freakans aralığında mükemmel bir ışık soğurumu sağlar. Metamalzemeler olarak bilinen bu mükemmel soğurucular (MS); termal fotovoltaikler, fotovoltaikler, emisyon, sensör, filtreleme ve fotodedektör uygulamaları dahil olmak üzere birçok alanda oldukça ilgi görmektedirler. Nanofabrikasyon alanındaki gelişmeler, farklı optik nanoyapılarda güçlü ışık-madde etkileşimini gözlemleme fırsatını sunmuş olsa da bu nano yapıların ölçeklenebilir bir şekilde tekrarlanabilmesi ve büyütülmesi, geniş ölçekli uygulamalar için zorluk oluşturmuştur. Bu nedenle, son yıllarda, litografi içermeyen metamalzeme soğurucuları (LFMAs) kavramı, üretim kolaylığı ve yüksek işlevselliği nedeniyle EM spektrumunun farklı bölümlerinde oldukça dikkat çekmiştir. Bu tezde, bu LFMA' ların benzeri görülmemiş potansiyeli, santimetre ölçeklerinde nanoyapılar oluşturmak için araştırılmıştır. Bu amaçla, ultraviyole (UV)' den uzak kızılötesi (FIR) dalga boyu rejimlerine kadar bir LFMA' nın gerçekleştirilmesi için malzeme ve mimari gereksinimleri belirlenmiştir. İdeal bir mükemmel soğurucuyu gerçekleştirmek için öncelikle gerekli koşullar teorik olarak araştırılmıştır. Daha sonra çalışma dalga boyuna ve uygulamaya göre uygun malzeme ve tasarım mimarisi tanımlanmıştır. Ardından, bu ideal LMFA' ları deneysel olarak gerçekleştirmek için litografi içermeyen ve büyük ölçeklere uyarlanabilen yöntemler geliştirilmiştir. Son olarak, bu LFMA' ların kullanımı filtreleme, algılama, emisyon, fotodedektör, ve fotoelektrokimyasal suyun ayrıştırılması dahil olmak üzere çeşitli alanlarda gösterilmiştir. Genel olarak bu tez, uygulamaya özgü malzeme ve tasarım konfigürasyonu sayesinde LFMA' ların EM spektrumunun tamamına yakınını soğurabileceğinin mümkün olduğunu bir çok uygulama alanında göstermektedir. Bu da metamalzemeler/mükemmel soğurucular için çok sayıda spektral özellik gerektiren büyük ölçekli boyuta sahip pratik uygulamaların yolunu açar.