非偏光を強くかつ極めて広帯域で吸収する90 nm厚のグラフェンメタマテリアル

大面積の極薄膜における広範囲の角度にわたる非偏光の広帯域の強い光吸収は、光起電力技術、光検出器、熱エミッター、光変調器などの応用に重要である。設計と製造における長期にわたる取り組みにもかかわらず、これらの望ましい特性全てを同時に実現するのは困難である。今回我々は、太陽スペクトルのほぼ全体（300〜2500 nm）をカバーする非偏光の可視光と近赤外光で約85％の吸収率を示す、12.5 cm²の厚さ90 nmのグラフェンメタマテリアルを実験的に実証している。このメタマテリアルは、交互に重なったグラフェン層と誘電体層からなる。回折格子によって光が導波路モードへ結合され、最大60°の入射角にわたって広帯域の吸収が実現されている。この吸収体の極めて幅広いスペクトル応答と角度応答は、太陽熱利用に理想的であり、我々はこれを自然太陽光で最高160°Cまで加熱して例証した。このデバイスは、二次元材料に基づく強く吸収する大面積フォトニックデバイスを応用する新しい方法を開く。