SiC超表面磁极化子介导的波长选择性和扩散红外热发射 *

1. 概述

        在本研究中，通过实验证明了在聚焦离子束技术制备的SiC超表面中激发磁极性子的光谱相干和扩散热发射。通过使用耦合到傅立叶变换光谱仪的红外显微镜表征的光谱发射度清楚地显示高达0.8的波长选择性发射峰。进行了包括发射度谱和电磁场分布等值线图在内的数值模拟，以验证和理解磁极性子的潜在机制。元表面进一步被证明与方向和偏振无关。这些结果将有助于超表面在辐射热管理和红外传感等应用中的应用。

2. 样品制备

        本研究采用来自我司的340μm厚的双面抛光半绝缘6H-SiC晶片（电阻率 > 1×10⁵Ω cm，表面粗糙度< 0.5 nm），通过聚焦离子束（FIB）技术制备样品。施加束流为1nA、电压为30kV的聚焦离子，在50×50μm²的图案区域内蚀刻2D光栅的SiC表面，如图1 SEM图像所示。制造了三个具有良好对称性的2D超表面，它们具有相同的周期（∧），通过不同的蚀刻时间获得的凹槽宽度（b）和深度（h）略有不同。图案1和2由具有均匀但不同光栅深度的简单光栅制成，以研究光栅深度对相干发射的影响。另一方面，图案3可以被视为由三个周期和凹槽宽度相同的简单光栅组成的复杂光栅，具有3个不同的深度，以研究多深度对热发射光谱的影响。通过SEM表征了所有三个制造的超表面样品的几何尺寸，并在表1中列出。注意，模式3的周期是模式1或2的周期的3倍。

图1 通过聚焦离子束技术在SiC晶片上制造的2D SiC超表面（图左）的SEM图像，以及具有光栅周期（∧）、深度（h）和凹槽宽度（b）的图案边缘和中心区域的特写SEM图像

表1 三种不同SiC超表面样品的几何参数

3. 结论

        本研究通过制备三种不同图案的2D SiC超表面，并用FT-IR显微镜对其红外光谱发射率进行了表征。

        实验结果清晰地显示了光谱相干发射率峰，其位置和大小随不同的元表面几何形状而变化。数值模拟进一步验证了实验观察到的光谱选择性发射率，并阐明了磁极化子的物理机制。此外，2D SiC超表面表现出强烈的方向和偏振无关性。

        2D SiC超表面的波长选择性和扩散红外热发射可以促进建筑物和航天器的辐射热管理以及红外传感应用。

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