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T&M NUMERICAL SIMULATION Fig. 3 - I risultati della simulazione di una struttura di assorbimento ai THz (in alto) mostrano l’ampiezza del campo elettrico. La cella unitaria dell’assorbitore (in basso) presenta uno strato d’oro di 200 nm su un substrato di poliimmide di 8 μm. Il poliimmide è posto su un piano di massa continuo di oro (non mostrato). Le dimensioni della cella qui riportate sono p = 36 μm, l = 25,9 μm, w = 3 μm, c = 10,8 μm e g = 1,4 μm. Si veda il riferimento 2 (Immagine per gentile concessione di COMSOL) Fig. 4 - Spettro di assorbimento calcolato dell’assorbitore ai THz, con un picco di assorbimento unitario a 1,6 THz. La posizione del picco può essere spostata modificando la geometria della cella unitaria. Altre modifiche geometriche possono aggiungere caratteristiche come l’assorbimento multibanda o a banda larga e la dipendenza dalla polarizzazione. A causa dello spessore ottico del piano di massa, la trasmittanza è identicamente nulla e lo spettro di riflettanza è R = 1 - A, dove A è l’assorbanza mostrata in figura. Si veda il riferimento 2 (Immagine per gentile concessione di COMSOL) tore split-ring in oro (o ELC, per risonatore elettrico-LC) su un substrato di poliimmide di 8 μm di spessore, a sua volta situato su un piano di massa in oro. Esistono diverse teo- rie che spiegano in termini diversi il fenomeno generale dell’assorbimento perfetto nei metamateriali, come l’inter- ferenza decostruttiva tra il piano di massa e lo strato ELC, ma non sono predittive. L’analisi numerica è necessaria per valutare ogni specifico progetto di assorbitore e ottimizzar- lo per un comportamento prescritto, come il funzionamen- to multibanda o sensibile all’angolo. La simulazione consente anche di analizzare il progetto al di là di quanto possono fare gli esperimenti. Nell’esempio dell’assorbitore, il processo di simulazione calcola le perdi- te attraverso le regioni di poliimmide e oro, in modo che le regioni a maggiore (e minore) assorbimento siano ben note. Integrando queste quantità si scopre che circa il 2% delle perdite si verificano nel piano di massa, il 48% nell’ELC e il restante 50% nel substrato di poliimmide. L’assorbimento in funzione della posizione è utile per le ap- plicazioni di separazione e trasporto di carica, per il com- portamento non lineare basato sul potenziamento del cam- po vicino o per la simulazione multifisica. Ad esempio, se l’applicazione richiede di collegare l’assorbitore a un rivela- tore ai THz invece che a un piano di massa, le informazioni sulle perdite ottenute da questa simulazione possono essere combinate con una simulazione del trasferimento di calore per creare una simulazione multifisica completamente ac- coppiata e comprendere meglio le prestazioni a livello di si- stema. In definitiva, la regione dei THz è una porzione dello spettro elettromagnetico dalle possibilità entusiasmantima sottoutilizzata. Gli sviluppi tecnologici, come la simulazio- ne numerica ad alta fedeltà e sorgenti laser robuste, stanno sbloccando le possibilità di questo intervallo di frequenze. RIFERIMENTI 1. COMSOL webinar: https://www.comsol.com/video/ simulating-metamaterials-in-the-terahertz-regime- with-comsol-multiphysics 2. Hu Tao et al., “Highly flexible wide angle of incidence terahertz metamaterial absorber: Design, fabrication, and characterization”, Phys. Rev., B 78, 241103(R), Dec. 2008. ELETTRONICA OGGI 512 - SETTEMBRE 2023 63