가시광선 영역 플라즈모닉 센싱을 위한 95% 효율의 초협대역 완벽 흡수체

초록

본 연구에서는 흡수 대역폭이 1.82 nm에 불과하고 가시광선 영역에서 흡수 효율이 95%를 초과하는 완벽한 초협대역 흡수체를 제안하고 수치적으로 조사하였다. 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 의해 유도된 결합 효과가 완벽한 초협대역 흡수의 원인임을 입증하였다. 구조적 치수가 광학적 성능에 미치는 영향을 분석하여, 공진 딥의 반사율이 극히 낮은 0.001인 최적 구조를 도출하였다. 이 완벽 흡수체는 굴절률 센서로 동작할 수 있으며, 감도는 약 425 nm/RIU, 성능 지수(FOM)는 233.5에 달해 가시광선 영역 플라즈모닉 센서의 정확도를 크게 향상시켰다. 또한 고정 주파수에서의 강도 변화 검출 성능을 나타내는 FOM*는 최대 1.4 × 10⁵까지 계산되었다. 이러한 높은 센싱 성능 덕분에 본 메타물질 구조는 생물학적 결합, 집적 광검출기, 화학적 응용 등에서 큰 잠재력을 지닌다.

배경

최근 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 기반 플라즈모닉 메타물질은 전자기적 특성과 단극 공진기, 광 투과 향상, 플라즈모닉 센서 등 유망한 응용 분야로 인해 큰 발전을 이루었다. 메타물질 흡수체의 경우 전자기파 흡수 향상에 유리하지만, 금속의 고유한 광학 손실은 다른 소자 설계 시 신중히 고려해야 한다. 최초의 완벽 메타물질 흡수체는 Landy에 의해 제안 및 시연되었다. 이후 완벽 메타물질 흡수체는 급속히 발전하여, 응용 요구사항에 따라 협대역 흡수체와 광대역 흡수체로 크게 분류된다. 일반적으로 광대역 흡수체는 에너지 수확에, 협대역 흡수체는 센서와 단색 광검출기에 활용된다.

센싱 응용에서 협대역 흡수체 기반 플라즈모닉 굴절률 센서는 많은 주목을 받아왔다. 현재까지 적외선 및 테라헤르츠 영역에서 작동하는 다양한 유형의 플라즈모닉 굴절률 센서가 보고되었으나, 가시광선 대역에서 동작하는 센서는 메타물질 구조의 더 작은 주기성을 실현할 수 있어 화학 및 생물학 등 실용적 응용에서 장치가 유리하다. 그러나 기존 가시광선 영역 플라즈모닉 굴절률 센서는 비교적 낮은 FOM을 보여 추가 개발과 적용을 크게 저해해 왔다. 이론 연구에서 2015년 Zhou 등은 서브파장 금속 격자 구조를 이용해 감도 300 nm/RIU의 가시광선 영역 굴절률 센서를 제안했으나 FOM은 2에 불과했다. Liu 등은 깊은 서브파장 플라즈모닉 나노공동 다중 분광 센서로 FOM 58을 달성했으며, 네트워크형 메타표면 플라즈모닉 구조로 최소 FWHM 3 nm, FOM 68.57을 얻었다. 실험 연구에서는 2014년 Emiko와 Tetsu가 단일 Au 나노스타 구조 기반 LSPR 센서로 감도 665 nm/RIU, FWHM 40 nm를 시연했고, Cho 등은 감도 378 nm/RIU에 도달하는 플라즈모닉 굴절률 센서를 실험적으로 입증했다. 이론과 실험 모두에서 많은 연구자가 가시광선 영역 동작 센서의 FOM 향상에 노력했으나, 높은 FOM 달성은 여전히 큰 과제로 남아 응용을 심각하게 제한하고 있다.

센서에서 FOM 증가는 매우 의미 있다. 예를 들어 생물학 분야에서 더 높은 FOM은 분자 검출 성능이 더 강함을 의미한다. 본 연구의 센서 FOM은 233.5에 달해, 기존 가시광선 영역 플라즈모닉 굴절률 센서[24, 28, 34]보다 훨씬 높다. 본 플라즈모닉 센서는 금속-절연체-금속(MDM) 주기 구조 기반이다. 이 구조는 가시광선 영역에서 흡수 효율 95% 이상, FWHM 1.82 nm의 완벽한 초협대역 플라즈모닉 흡수체로도 동작한다. 구조 치수와 물질 파라미터가 메타물질 광학 특성에 미치는 영향도 조사하였다. 또한 일반적인 MDM 구조와 비교하여 삼각 나노리본 사용이 흡수 성능 향상에 기여함을 입증하였고, 흡수 메커니즘을 상세히 분석하였다. 제안된 구조의 삼각 나노리본은 전자빔 리소그래피, 몰딩, 임프린트 리소그래피 등 다양한 방법으로 제작 가능할 것으로 기대된다. 본 연구가 플라즈모닉 센서 설계에 지침이 되기를 바란다.

방법

그림 1은 제안된 메타물질 구조의 단위 셀 단면도를 보여준다. 구조는 절연체 층과 기판 사이에 샌드위치된 얇은 금 층 위의 두 금 나노리본 어레이로 구성되며, 금 나노리본 사이에 삼각 금 나노리본이 위치한다. 시뮬레이션에서 금의 유전율은 드루드 모델로 특성화하였다. 중간 층과 기판의 유전체는 각각 NaF(n=1.3)와 MgF₂(n=1.4)로 설정하였다. 2차원 유한차분 시간영역(FDTD)법을 사용해 제안 구조의 투과율과 반사율을 계산하였고, 전체 구조의 흡수율은 A = 1 − R − T로 정의하였다. x 방향에 주기적 경계 조건을 적용했고, 횡자기(TM)파가 x 방향 편광으로 구조에 수직 입사하도록 하였다.

a 제안된 메타물질 구조의 단위 셀 개략도

잘 알려진 바와 같이 등가 LC 회로 모델은 완벽 흡수체에서 LSPR에 의해 유도된 자기 공진을 정성적으로 예측하는 데 널리 사용된다. 논의를 위해 메타물질 흡수체 구조의 개략도를 그림 2a에, 등가 LC 모델을 그림 2b에 나타내었다. 인접 단위 셀의 나노리본 간 간극 정전용량은 C_g = ε₀t₁/(P − d − 2w)로 표현되며, 여기서 ε₀은 주변 환경의 유전율이다. 나노리본과 금 박막 사이의 정전용량은 C_m = c₁ε₃ε₀(2w + d)/t₃로 나타내는데, c₁은 금속 표면의 비균등 전하 분포로 인한 계수이고 ε₃은 절연체 층의 유전율이다. 금 나노리본과 금 박막의 상호 인덕턴스는 L_m = 0.5μ₀(2w + d)t₃로 주어지며, μ₀은 주변 환경의 투자율이다. 금 나노리본과 금 박막의 드리프트 전하 기여를 설명하기 위해 운동 인덕턴스는 L_e = (2w + d)/(γε₀t₁ω_p²)로 주어진다. 여기서 γ는 금 나노리본의 유효 단면적을 고려한 계수이고 ω_p는 금의 플라즈마 주파수이다. 그러면 등가 LC 회로 모델의 총 임피던스는 다음과 같이 표현된다.

a 메타물질 흡수체 구조 개략도. b 그림 2a 구조에 대한 등가 LC 회로 모델 개략도

Z_tot = iω(L_m+L_e)/(1−ω²C_g(L_m+L_e)) − 2i/(ωC_m) + iω(L_m+L_e) (1)

공진 파장은 Z_tot = 0일 때 구할 수 있다.

λ_r = 2πc₀(C_mC_g(L_m+L_e)/(C_m+C_g−√(C_m²+C_g²)))^1/2 (2)

인접 단위 셀의 나노리본 간 결합은 큰 간극(P − d − 2w)으로 인해 매우 약하다. C_g가 C_m의 5% 미만일 때 C_g의 영향을 무시할 수 있다. 이 경우 공진 파장은 다음과 같이 단순화된다.

λ_r ≈ 2πc₀√((L_m+L_e)C_m) (3)

여기서 L_m = 0.5μ₀(2w + d)t₃, L_e = (2w + d)/(γε₀t₁ω_p²), C_m = c₁ε₃ε₀(2w + d)/t₃이다. LC 회로 모델에서 식 (3)을 통해 구조 치수가 공진 파장에 미치는 영향을 정성적으로 예측할 수 있다. 절연체 층의 유전율(ε₃)이 커지면 C_m이 증가해 공진 파장 λ_r이 증가(적색 편이)함을 알 수 있다. 마찬가지로 나노리본 폭 w가 커지면 L_m, L_e, C_m이 모두 증가해 적색 편이가 발생한다. 주변 환경의 유전율(ε₀)이 증가하면 L_mC_m 항이 커지지만 L_eC_m 항은 ε₀에 독립적이므로, 전체적으로 공진 파장은 ε₀ 증가에 따라 증가한다.

결과 및 논의

다음과 같은 구조 치수로 논의를 시작한다. 구조는 x 방향에서 격자 주기 P = 580 nm를 가진다. 정사각 금 나노리본과 삼각 금 나노리본의 높이는 각각 t₁ = 45 nm, t₂ = 30 nm로 설정하였다. 절연체 층, 금 박막, 기판의 두께는 각각 t₃ = 10 nm, t₄ = 25 nm, t₅ = 165 nm이다. 삼각 금 나노리본과 정사각 금 나노리본의 폭은 각각 d = 75 nm, w₁ = w₂ = w = 142 nm이다. 그림 3a는 설계된 구조의 시뮬레이션된 흡수, 반사, 투과 스펙트럼을 보여준다. 그림 3a에서 흡수 효율은 최대 95%에 도달하며, 751.225 nm에서 반사율 딥이 0.001 미만으로 나타났다. FWHM은 1.82 nm로, 가시광선 영역에서 보고된 기존 협대역 흡수체[24, 28, 34, 39]보다 훨씬 좁다.

a 제안 구조의 흡수, 반사, 투과 스펙트럼. b 공진 피크에서 MDM 구조의 전기장 E 분포. c 공진 피크에서 MDM 구조의 자기장 H 분포. d MDM 구조와 순수 금속 격자 구조의 반사 및 흡수 스펙트럼. e 공진 피크에서 순수 금속 격자 구조의 전기장 E 분포. f 공진 피크에서 순수 금속 격자 구조의 자기장 H 분포

흡수 피크의 물리적 메커니즘을 규명하기 위해 공진 피크에서의 전기장 E와 자기장 H 분포를 계산하여 그림 3b, c에 나타내었다. 그림 3b에서 간극 내 전기장 진폭은 입사광의 최대 35배에 달할 수 있다. 따라서 제안된 구조는 완벽한 흡수뿐만 아니라 나노슬릿에서의 전기장 증강도 실현하는데, 이는 바이오센싱 응용에서 중요한 현상이다. 그림 3c에서 자기장의 대부분은 두 금 나노리본 사이의 공간에 집중되고 일부는 절연체 층으로 침투하는데, 이는 LSPR에 기인한 결합 효과를 나타낸다. 초협대역 FWHM과 높은 흡수 성능에서 절연체 층과 금 박막의 영향을 더 이해하기 위해, 동일한 치수 파라미터를 가진 MDM 구조와 순수 금속 격자 구조의 흡수 및 반사 스펙트럼을 분석 비교하였다(그림 3d). MDM 구조가 더 좁은 FWHM과 더 낮은 공진 딥 반사율을 가짐을 확인할 수 있다. 금속 격자 구조의 전기장과 자기장을 시뮬레이션하여 그림 3e, f에 나타내었다. MDM 구조의 자기장 분포와 비교할 때, 금속 격자 구조의 자기장은 삼각 금 나노리본 표면에만 위치하고 금속을 통과하는 자기장이 없는데, 이는 두 구조의 흡수 비교 결과를 설명하는 데 사용될 수 있다. 또한 구조 내 결합 거동으로 인해(그림 3b 참조), 두 금 나노리본과 얇은 금 박막 사이의 전기장 강도는 입사파의 약 40배로, 문헌 [25]의 보고보다 훨씬 크다.

그림 4a는 입사광의 편광 구성이 제안된 메타물질 흡수체의 흡수 스펙트럼에 미치는 영향을 보여준다. TM 구성에서는 날카로운 흡수 피크가 나타나지만 TE 구성에서는 나타나지 않는다. 비대칭 흡수체 구조로 인해 TE 구성의 입사광으로는 LSPR을 여기할 수 없으며, 이는 잘 설명된다. 실제 시스템에서 얇은 금 박막의 표면 산란과 결정립 경계 효과로 인해 박막 금의 감쇠 상수가 벌크 금보다 높을 수 있다. 얇은 금 박막 감쇠 상수의 영향을 고려하여, 금 박막의 감쇠 상수가 벌크 금의 3배와 5배일 때의 흡수 스펙트럼을 그림 4b에 나타내었다. 서로 다른 진폭과 FWHM을 가진 흡수 피크가 관측된다. 결과는 금속의 물질 손실 증가가 제안된 협대역 흡수체의 흡수 특성 추가 향상에 불리함을 보여주며, 이는 선행 연구[17]와 일치한다.

a TE 및 TM 편광 구성에서 제안 구조의 흡수 스펙트럼. b 금 박막 감쇠 상수에 따른 계산된 흡수 스펙트럼

일반적으로 메타물질 흡수체의 특성은 구조의 기하학적 모양과 치수에 크게 영향을 받는다. 먼저 삼각 금 나노리본이 설계 구조의 반사율 스펙트럼에 미치는 영향을 조사하였다. 구조의 삼각 금 나노리본을 제거하거나 정사각형 및 반타원 금 나노리본으로 변경하였다(그림 5c-e). 다른 파라미터는 시뮬레이션에서 동일하게 유지하였다. 이 세 구조의 반사율 스펙트럼을 분석하여 원본 구조와 비교하였다(그림 5f-h). 원본 구조가 세 다른 구조보다 더 좁은 FWHM과 더 낮은 반사율 딥을 달성함을 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 결과를 더 잘 이해하기 위해, 이 네 구조의 공진 피크에서 자기장(H) 분포를 각각 그림 5i-l에 나타내었고 색상은 자기장 강도를 나타낸다. 원본 구조의 자기장 강도가 세 다른 구조보다 명백히 더 강하다. 이는 원본 구조에서 LSPR이 더 효율적으로 여기되어 더 좁은 FWHM과 더 낮은 반사율 딥이 발생함을 의미한다.

a-e 단위 셀당 다른 나노구조를 가진 제안된 메타물질 개략도. f-h 다른 구조들의 반사율 스펙트럼. i-l 해당 구조들의 공진 피크에서 자기장 H 분포

그림 5에서 삼각 나노리본을 사용한 원본 구조의 광학 성능이 다른 구조들보다 우수함이 확인되었다. 삼각 나노리본이 광학 성능에 미치는 영향을 더 깊이 이해하기 위해, 원본 구조의 삼각 나노리본과 같은 각도 θ를 가진 사다리꼴 나노리본을 포함하는 수정된 구조(그림 6a)에 대한 상세 계산과 분석을 수행하였다. 먼저 그림 6b, c에서 각도 θ를 고정한 채 사다리꼴 나노리본의 높이 h가 다를 때 수정된 구조의 광학 성능을 조사하였다. h가 10 nm 이상이면 구조의 광학 성능이 거의 변하지 않음을 확인할 수 있는데, 이는 구조의 광학 성능이 제작 측면에서 견고함을 보여준다. h가 5 nm 미만이면 반사율 딥이 증가하는데, 이는 높이 h가 너무 작아 LSPR 여기의 유효 면적을 낮추기 때문으로 설명된다. 그림 6d, e에서는 높이 h를 15 nm로 고정한 채 각도 θ가 다를 때 수정된 구조의 광학 성능을 조사하였다. 35°에서 68°의 넓은 각도 범위에서 수정된 구조의 광학 성능은 거의 변하지 않는다. 그러나 각도 θ가 30° 미만이면 반사율 딥이 명백히 증가하는데, 너무 작은 각도 θ가 LSPR 여기 효율을 감소시키기 때문으로 이해할 수 있다. 따라서 사다리꼴 나노리본과 정사각 나노리본 사이의 각도 파라미터가 광학 성능에 미치는 영향에 대한 상세 분석을 통해, 원본 구조의 완벽한 흡수 성능은 삼각 나노리본과 정사각 나노리본 사이의 모서리에서 LSPR이 여기되기 때문임이 밝혀졌다. 이는 그림 5i의 자기장 결과와 잘 일치한다. 동시에 구조는 높이 h와 각도 θ의 넓은 범위에서 좋은 광학 성능을 유지할 수 있는데, 이는 제작 견고성이 크게 완화됨을 시사하며 실험적 관점에서 나노구조를 더 현실적으로 만든다. 마지막으로 실제 나노구조의 제작 공정을 고려하여, 금/절연체 표면의 거칠기와 모든 예각의 패시베이션 처리를 가진 구조의 기하학을 그림 6f에 나타내었다. 수정된 구조와 원본 구조의 광학 성능 비교를 계산하여 그림 6g에 나타내었다. 제작 공차가 나노구조 성능에 미치는 영향이 매우 작아, 제작 측면에서 견고한 광학 성능을 보임을 알 수 있다.

a 원본 구조의 삼각 나노리본과 같은 각도 θ를 가진 사다리꼴 나노리본을 포함하는 수정된 구조. b, c θ 고정 시 다른 높이 h를 가진 나노구조 간 반사율 스펙트럼 비교. d, e 높이 h = 15 nm 고정 시 다른 각도 θ를 가진 나노구조 간 반사율 스펙트럼 비교. f 금/절연체 표면 거칠기와 모든 예각의 패시베이션 처리를 가진 수정된 구조. g l = 3 nm 설정 시 수정된 구조와 원본 구조 간 반사율 스펙트럼 비교

그 다음, FDTD 방법을 사용하여 구조 치수와 물질 파라미터가 설계 구조의 반사율 딥, FWHM, 공진 파장에 미치는 영향을 조사하였다. 연구할 파라미터로는 절연체의 굴절률, 금 나노리본 폭 w, 금 나노리본 폭 d, 금 나노리본 두께 t₁이 있다. 그림 7은 절연체 층의 굴절률이 메타물질 구조의 반사율 스펙트럼에 미치는 영향을 보여준다. 그림 7a에서 n_dielectric이 증가함에 따라 공진 파장이 명백히 적색 편이하는데, 이는 LC 회로 모델의 예측과 일치한다. 그림 7b에서 n_dielectric이 증가할 때 반사율 딥은 처음에 감소하다가 증가하는 반면, FWHM은 더 좁아진다. 반사율 스펙트럼의 FWHM과 반사율 딥은 나노리본과 금 박막 사이의 결합 강도에 강하게 의존하며, 나노리본과 금 박막 사이의 절연체 스페이서로 다양한 유전체 물질을 사용할 때 다른 광학 성능이 나타난다. 절연체 층의 굴절률이 약 1.3일 때 반사율 딥이 최솟값을 가진다. 동시에 FWHM은 약 1.85 nm로, 가시광선 영역에서 발표된 기존 협대역 흡수체[24, 28, 34, 39]보다 훨씬 좁다.

a 절연체 층의 굴절률 함수로서의 반사율 스펙트럼. b 절연체 층의 굴절률 함수로서의 공진 딥 반사율과 FWHM

그림 8은 금 나노리본 폭 w가 메타물질 구조의 반사율 스펙트럼에 미치는 영향을 보여준다. 그림 8a에서 금 나노리본 폭 w가 140에서 177 nm로 변할 때 공진 파장이 청색 편이하는데, 이는 등가 LC 회로 모델의 결과와 잘 일치한다. 그림 8b는 w 증가에 따라 FWHM이 더 좁아지고 반사율 딥이 증가함을 보여준다. 반사율 딥 증가는 w 증가에 따라 입사광을 반사하는 유효 금속 면적이 증가하기 때문일 수 있다. 반사율 딥의 최솟값과 FWHM의 최솟값을 동시에 얻을 수는 없지만, 우리 설계에서는 w의 넓은 범위(140~162 nm)에서 반사율 딥과 FWHM 값이 모두 약간만 변하는데, 이는 실제 응용에 유리하다.

a 금 나노리본 폭 w 함수로서의 반사율 스펙트럼. b 금 나노리본 폭 w 함수로서의 반사율 딥과 FWHM

또한 그림 9a에서 금 나노리본 폭 d가 55~75 nm 사이일 때 반사율 딥이 낮은 값을 유지하다가 d가 76 nm를 초과하면 명백히 증가하는데, 이는 두 나노리본 사이의 거리가 너무 크면 LSPR 여기 효율이 감소하여 입사광 흡수 효율이 떨어지기 때문으로 설명된다. FWHM은 d 증가에 따라 더 좁아지며, d의 최적 크기는 약 75 nm이다. 그림 9b에서 금 나노리본 두께 t₁이 35~50 nm로 변할 때 반사율 딥은 낮은 값을 유지하면서 FWHM은 더 좁아진다. 그러나 t₁이 50~60 nm로 증가하면 반사율 딥이 명백히 증가한다. 이는 나노리본이 너무 두꺼워 입사광 반사를 증가시키기 때문으로 이해할 수 있다. 그림 9c는 삼각 금 높이 t₂가 약 30 nm일 때 공진 딥의 최솟값을 얻음을 보여준다. 이 구조에서 삼각 금 높이가 15~40 nm 범위일 때 반사율 딥이 0.025 미만으로 유지되는데, 이는 뛰어난 견고성 성능 덕분에 메타물질 구조 설계에 유리하다.

a 삼각 금 나노리본 폭 d 함수로서의 반사율 딥과 FWHM. b 금 나노리본 두께 t₁ 함수로서의 반사율 딥과 FWHM. c 삼각 금 높이 t₂ 함수로서의 공진 딥 반사율과 FWHM

일반적으로 메타물질 구조의 공진 파장은 환경 매질의 굴절률에 강하게 의존하는데, 이는 센싱 응용에 널리 활용되어 왔다. 그림 10a에서 환경의 굴절률이 증가함에 따라 공진 파장이 명백히 적색 편이하며, 이는 LC 모델의 예측과 일치한다. 동시에 반사율 딥은 극히 낮은 값을 유지한다. RI가 1.07에서 1.12로 증가할 때 공진 파장은 733.828 nm에서 755.097 nm로 이동한다. 계산된 파장 감도(S)는 약 425 nm/RIU이며, FWHM은 1.82 nm까지 좁아질 수 있다. 따라서 FOM은 233.5에 달할 수 있다. 우리가 아는 한, 이 FOM은 기존 가시광선 영역 플라즈모닉 굴절률 센서[24, 28, 34, 39]보다 훨씬 높다. 제안된 플라즈모닉 굴절률 센서는 좋은 선형성을 보이며(그림 10b).

a 다양한 환경 굴절률을 가진 플라즈모닉 굴절률 센서의 반사율 스펙트럼. b 주변 굴절률에 대한 공진 파장 이동

실제 응용에서는 보통 고정 파장에서 주변 매질의 다양한 굴절률에 따른 상대적 강도 변화를 검출해야 하며, 해당 성능 지수는 FOM* = max |(dI/dn)/I|로 정의된다[17]. 그림 11a에서 FOM*는 w 감소에 따라 명백히 변하며, w ≈ 358 nm에서 최대 FOM*인 1.4 × 10⁵에 도달할 수 있다. 그림 11b는 FOM*가 d 감소에 따라 증가하며 d = 75 nm에서 최댓값을 가짐을 보여준다. 그림 11c에서 금 나노리본 두께 t₁ = 35 nm일 때 FOM*가 최대가 된다. 또한 그림 11d는 삼각 금 높이 t₂ ≈ 30 nm일 때 FOM*의 최댓값을 얻음을 보여준다. 구조 치수 변화에 따른 FOM과 FOM*의 특성을 수치적으로 조사하였으며, 이는 고성능 플라즈모닉 센서 설계에 일정한 지침을 제공할 수 있다.

a-d 금 나노리본 폭 w, 삼각 금 나노리본 폭 d, 금 나노리본 두께 t₁, 삼각 금 높이 t₂ 함수로서의 FOM과 FOM*

결론

요약하자면, 우리는 가시광선 영역에서 흡수율 95%에 도달하는 거의 완벽한 초협대역 흡수체를 제안하고 수치적으로 입증하였다. 2차원 FDTD를 사용하여 구조 형상과 치수가 메타물질 구조의 광학적 특성에 미치는 영향을 상세히 분석하였다. 최적화된 구조 치수를 사용하면 가시광선 영역에서 정상 입사 조건으로 반사율 딥 0.001, FWHM 1.82 nm를 나타낸다. 또한 센싱 능력을 입증하였다. 감도는 약 425 nm/RIU이고 FOM은 233.5에 달한다. 이는 기존 가시광선 영역 보고 센서[24, 28, 34, 39]보다 훨씬 우수하다. 높은 센싱 성능으로 인해 본 메타물질 구조는 생물학적 결합, 집적 광검출기, 화학적 응용 등에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

약어

FDTD:

유한차분 시간영역(Finite-difference time-domain)

FOM:

성능 지수(Figure of merit)

FWHM:

반값 전폭(Full width at half maximum)

LSPR:

국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance)

MDM:

금속-절연체-금속(Metal-dielectric-metal)

S:

감도(Sensitivity)

TM:

횡자기(Transverse magnetic)