A metamaterial absorber is a type of metamaterial intended to efficiently absorb electromagnetic radiation such as light. Furthermore, metamaterials are an advance in materials science. Hence, those metamaterials that are designed to be absorbers offer benefits over conventional absorbers such as further miniaturization, wider adaptability, and increased effectiveness. Intended applications for the metamaterial absorber include emitters, photodetectors, sensors, spatial light modulators, infrared camouflage, wireless communication, and use in solar photovoltaics and thermophotovoltaics.

For practical applications, the metamaterial absorbers can be divided into two types: narrow band and broadband. For example, metamaterial absorbers can be used to improve the performance of photodetectors. Metamaterial absorbers can also be used for enhancing absorption in  both solar photovoltaic and thermo-photovoltaic applications. Skin depth engineering can be used in metamaterial absorbers in photovoltaic applications as well as other optoelectronic devices, where optimizing the device performance demands minimizing resistive losses and power consumption, such as photodetectors, laser diodes, and light emitting diodes.

In addition, the advent of metamaterial absorbers enable researchers to further understand the theory of metamaterials which is derived from classical electromagnetic wave theory. This leads to understanding the material's capabilities and reasons for current limitations.

Unfortunately, achieving broadband absorption, especially in the THz region (and higher frequencies), still remains a challenging task because of the intrinsically narrow bandwidth of surface plasmon polaritons (SPPs) or localized surface plasmon resonances (LSPRs) generated on metallic surfaces at the nanoscale, which are exploited as a mechanism to obtain perfect absorption.

Metamaterials
Metamaterials are artificial materials which exhibit unique properties which do not occur in nature. These are usually arrays of structures which are smaller than the wavelength they interact with. These structures have the capability to control electromagnetic radiation in unique ways that are not exhibited by conventional materials. It is the spacing and shape of a given metamaterial's components that define its use and the way it controls electromagnetic radiation. Unlike most conventional materials, researchers in this field can physically control electromagnetic radiation by altering the geometry of the material's components. Metamaterial structures are used in a wide range of applications and across a broad frequency range from radio frequencies, to microwave, terahertz, across the infrared spectrum and almost to visible wavelengths.

Absorbers
"An electromagnetic absorber neither reflects nor transmits the incident radiation. Therefore, the power of the impinging wave is mostly absorbed in the absorber materials. The performance of an absorber depends on its thickness and morphology, and also the materials used to fabricate it."

"A near unity absorber is a device in which all incident radiation is absorbed at the operating frequency–transmissivity, reflectivity, scattering and all other light propagation channels are disabled. Electromagnetic (EM) wave absorbers can be categorized into two types: resonant absorbers and broadband absorbers.

Principal conceptions
A metamaterial absorber utilizes the effective medium design of metamaterials and the loss components of permittivity and magnetic permeability to create a material that has a high ratio of electromagnetic radiation absorption. Loss is noted in applications of negative refractive index (photonic metamaterials, antenna systems metamaterials)  or transformation optics (metamaterial cloaking, celestial mechanics), but is typically undesired in these applications.

Complex permittivity and permeability are derived from metamaterials using the effective medium approach. As effective media, metamaterials can be characterized with complex ε(w) = ε1 + iε2 for effective permittivity and µ(w) =  µ1 +  i µ2 for effective permeability. Complex values of permittivity and permeability typically correspond to attenuation in a medium. Most of the work in metamaterials is focused on the real parts of these parameters, which relate to wave propagation rather than attenuation. The loss (imaginary) components  are small in comparison to the real parts and are often neglected in such cases.

However, the loss terms (ε2 and µ2) can also be engineered to create high attenuation and correspondingly large absorption. By independently manipulating resonances in ε and µ  it is possible to absorb both the incident electric and magnetic field. Additionally, a metamaterial can be impedance-matched to free space by engineering its permittivity and permeability, minimizing reflectivity. Thus, it becomes a highly capable absorber.

This approach can be used to create thin absorbers. Typical conventional absorbers are thick compared to wavelengths of interest, which is a problem in many applications. Since metamaterials are characterized based on their subwavelength nature, they can be used to create effective yet thin absorbers. This is not limited to electromagnetic absorption either.

See also
Negative index metamaterials
History of metamaterials
Metamaterial cloaking
Nonlinear metamaterials
Photonic crystal
Seismic metamaterials
Split-ring resonator
Acoustic metamaterials
Plasmonic metamaterials
Superlens
Terahertz metamaterials
Transformation optics
Theories of cloaking

References

Further reading

 **The above PDF download is a self-published version of this paper. * The Salisbury screen, invented by American engineer Winfield Salisbury in 1952.
Salisbury W. W. "Absorbent body for electromagnetic waves", United States patent number  2599944 10 June 1952. Also cited in Munk

External links
Images - A simple schematic of Miniaturized Microwave Absorbers from Kamil Boratay Alıcı (Ph. D., Physics) of the Nanotechnology Research Center, Bilkent University.

Metamaterials
메타 물질 흡수체()는 빛과 같은 전자기파를 효율적으로 흡수하기 위한 메타 물질의 일종이다. 메타 물질 흡수체는 방출기, 광 검출기, 센서, 적외선 위장, 무선 통신, 태양광 발전 및 태양열 발전에 이용된다.

메타 물질 흡수체는 협대역과 광대역의 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 메타 물질 흡수제는 광 검출기의 성능을 개선하는 데 사용할 수 있으며 태양광 발전과 태양열 발전 응용 분야에서도 흡수율을 향상시키는데 사용될 수 있다.

또한, 메타 물질 흡수체의 등장으로 고전 전자기학에서 파생된 메타 물질 이론을 더 깊이 이해할 수 있게 되었다.

특히 THz 이상의 주파수 영역에서의 광대역 흡수체 개발은 나노미터 스케일의 금속 표면에서 생성된 표면 플라즈몬 폴라리톤 (SPPs) 또는 국부 표면 플라즈몬 공명 (LSPRs)의 본질적으로 좁은 대역폭 때문에 여전히 어려운 작업으로 남아 있다.

메타 물질 
메타물질은 자연에서 발생하지 않는 독특한 성질을 보이는 인공물질이다. 이것들은 그들과 상호작용하는 파장보다 작은 구조의 배열로 이루어져 있다. 대부분의 기존 재료와 달리, 메타물질은 구성 요소들의 기하학적 구조를 변경함으로써 전자기파를 물리적으로 제어할 수 있는 것이 특징이다. 메타 물질 구조는 라디오파, 마이크로파, 테라헤르츠, 적외선 및 가시광선에 이르기까지 광범위한 파장 범위에서 사용될 수 있다.

흡수체 
전자기파 흡수체는 입사 방사선을 반사하거나 전달하지 않기 때문에 입사파는 대부분 흡수체 재료에 흡수되는 특징을 보이며, 그 성능은 두께와 형태, 재료에 따라 달라진다.

"Near unity absorber"는 모든 입사광이 작동 주파수에서 흡수되어 투과, 반사, 산란 등이 모두 차단되는 흡수체를 말한다.

또, 전자기파 흡수체는 공명 흡수기와 광대역 흡수의 두 유형으로 분류할 수 있다.

주요 개념 
메타 물질 흡수체는 유전율 및 투자율의 허수 부분 (손실항)의 성질을 활용해 전자기파 흡수율이 높은 물질로 만들어진다. 손실항은 음의 굴절률, 변환 광학 ( 메타 물질 클로킹, 천체 역학) 응용 분야에서 주목되나 일반적으로 이들 분야에서는 사용하지 않는다.

유효매질 가정에 따라, 메타물질은 복소수 값의 유전율과 투자율로 표현된다. 유효매질로서, 메타 물질은 복소 유전율 ε (w) = ε 1 + iε 2 및 유효 투자율 µ (w) = µ 1 + i µ 2 의 물리량을 가진다. 유전율과 투자율의 허수 부분은 일반적으로 매질의 감쇠에 해당한다. 메타 물질 연구의 대부분은 감쇠보다는 파동 전파와 관련된 실수 부분에 초점을 맞추고 있다. 손실(허수)항은 실수 부분에 비해 작으며 종종 무시되곤 한다.

그러나 손실항 (ε 2, µ 2 )을 활용한다면 물질이 높은 흡수율을 가지도록 설계할 수 있다. (ε와 µ를 독립적으로 조작함으로써 입사 전기장과 자기장을 모두 흡수할 수 있다.) 특히 반사율을 최소화해 자유 공간에 임피던스를 맞출 수 있다면 그것은 고효율 흡수체로 기능한다.

이런 접근은 얇은 흡수체를 만드는 데 사용할 수 있다. 기존 흡수체는 관심 파장에 비해 두꺼운데, 이는 많은 응용 분야에서 문제가 된다. 메타 물질은 서브파장 스케일의 특성에 따라 특징이 나타나므로 따라서 효율적인 얇은 흡수체를 만드는 데 사용할 수 있다. 이것은 전자기 흡수에만 국한되지 않는다.

효과적인 흡수체는 반사율이 최소이고 그 내부의 에너지 흐름률이 최대일 때 흡수 매질과 파동을 맞추며, 흡수체 내부의 흡수층 깊이는 파동이 점차 에너지를 잃어감에 따라 대응되는 많은 파장 영역을 포함해야 한다. 부분적으로 이를 충족하기 위해 1/4 파장 매칭, 광학 코팅, 임피던스 매칭 등의 기술이 적용된다. Fresnel의 추정 155년 후, Sergei P. Efimov는 모든 주파수와 모든 입사각에 대해 파동 일치가 일어날 때  비등방성 매질, 즉 비반사 결정의 매개 변수를 발견했다.

Victor G. Veselago가 발견한 음의 굴절률을 가지는 메타 물질과  비반사 결정의 두 개념은 메타 물질의 시대가 마침내 도래하기 전까지 거의 30년간 전기역학과 음향학의 순수한 이론적 성과였다.

같이 보기 
 하이퍼렌즈
 변환 광학

참고 문헌

추가 자료 
 
 
  ** 위 PDF 다운로드는이 문서의 자체 발행 버전입니다. *  1952년 미국 엔지니어 윈필드 솔즈베리가 발명 한 솔즈베리 스크린 .
 Salisbury WW "전자파 흡수체", 미국 특허 번호 2599944 1952년 6월 10일. Munk 에서도 인용 됨

외부 링크 
 이미지 -Bilkent University, Nanotechnology Research Center의 Kamil Boratay Alıcı (Ph. D., Physics)의 소형 마이크로파 흡수기 의 간단한 개략도.

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