近年來，超構材料（metamaterial）憑借其超越自然的奇異電磁特性而在科學和工程領域獲得了廣泛關注。超構材料也被稱為人工工程材料，具有在亞波長維度操縱入射電磁輻射的卓越能力，是超寬帶通信、超構透鏡、熱輻射、醫(yī)學成像、偏振轉換和完美吸收等方向的最先進技術。其中，對超構材料完美吸收器應用（從微波到可見光）的廣泛研究已經(jīng)突破了當前系統(tǒng)的極限。

2008年，Landy等人報道了第一款超構材料完美吸收器，研究了一種針對X波段應用的基于電諧振器的吸收器。此后，陸續(xù)有報道面向更多應用的吸收平臺，包括雷達探測、太陽能收集、測輻射熱計、隱身技術、傳感和成像等。其中，兼容MEMS或基于MEMS技術制造的吸收超構材料，一直是太赫茲波段傳感和成像技術特別關注的焦點。太赫茲相互作用所需要的超構材料單元尺寸為數(shù)十個微米量級，因而基于光刻的微制造工藝可以提供高精度。

將超構材料與MEMS熱探測器集成，是在給定頻帶成功實現(xiàn)傳感和成像的有效方法。通過控制介電層的厚度和微懸臂像素尺寸（提高靈敏度），可以靜態(tài)地調諧吸收光譜。還可以在超構材料中激發(fā)等離子體波，以最大化傳感性能，并控制工作頻帶。此外，可以使用雙材料微懸臂設計中的電互連來實現(xiàn)太赫茲吸收的主動操縱。在電磁吸收過程中，彎曲雙材料懸臂進行熱傳遞，從而在成像中產(chǎn)生捕獲的圖像信號。另一種動態(tài)操縱吸收光譜的方法，是施加靜電場驅動MEMS懸臂。在所有先前報道的研究中，盡管系統(tǒng)復雜，但它們的傳感像素通常使用單個、窄帶超構材料響應，這限制了器件的傳感能力。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了克服當前的局限性，土耳其伊爾迪茲工業(yè)大學的研究人員提出了一種五頻超構材料吸收器新設計，利用MEMS熱機械雙材料微懸臂進行驅動。其單元由朝向結構中心對稱定位的三角形截面分形超構表面（metasurface）組成。所提出的單元分別在1.1 THz、3.4 THz、4.9 THz、5.9 THz和7.8 THz顯示出五頻吸收響應。此外，研究人員還展示了雙材料微懸臂焦平面陣列（FPA）的多頻帶像素概念設計。與傳統(tǒng)基于單頻帶FPA傳感不同，多頻帶工作可以提高FPA陣列系統(tǒng)的靈敏度和整體精度。通過組合在不同頻率下諧振的分形截面，所提出的超構材料吸收器可以在多個頻帶上偏轉雙材料微懸臂梁。所提出的多頻帶吸收器的分形設計，可用于進一步研究基于MEMS技術的實時非制冷成像系統(tǒng)。

本研究所提出的分形超構材料吸收器（FMMA）設計，（a）三維視圖，（b）俯視圖，（c）側視圖。

基于FMMA的傳感像素，（a）三維視圖，（b）雙材料傳感器的熱機械形變圖示。

總結來說，該研究對五頻分形超構材料吸收器（FMMA）進行了數(shù)值研究和展示。基于三個分形交織諧振器的系統(tǒng)組合，所提出的FMMA結構展示了五種接近完美的吸收模式。所有吸收模式在覆蓋1.1~7.8 THz區(qū)間的工作頻帶內提供了足夠的帶寬。

基于多模特性，研究人員提出了用于雙材料微懸臂FPA傳感的基于FMMA的像素結構概念模型。FMMA像素的表面積為144 μm x 216 μm。在太赫茲輻照下，無需任何片上設計，即可通過光學方法方便地讀出FMMA像素的機械形變。

其分形設計共同承載了響應入射太赫茲波的大渦流表面電流，因此磁共振主要控制吸收。所提出的分形吸收器設計可用于進一步研究受限于低靈敏度的雙材料微懸臂焦平面陣列（FPA）傳感技術，尤其是在安全和醫(yī)療領域。

審核編輯：郭婷