东京农工大学与信息通信研究机构（NICT）、英国南安普顿大学组成的联合研究团队，开发出了一种可吸收约95%太赫兹波的无间隔层基板一体型超表面（SIM：substrate-integrated metasurface）吸收体。研究团队成员包括东京农工大学研究生院工学研究院智能信息系统工学部门的张亚副教授、该大学研究生院工学府的赵子豪、原田和步、刘千以及平川一彦客座教授，日本国立研究开发法人信息通信研究机构（NICT）的诸桥功研究经理，以及英国南安普顿大学的方煦讲师等。
图1 无间隔层基板一体型超表面（SIM）吸收体的结构示意图。（a）凹型SIM吸收体，（b）凸型SIM吸收体。（供图：东京农工大学，出处：Zhao et al., Advanced Optical Materials, e71328 (2026), Fig. 1a-b. © 2026 The Author(s). CC BY 4.0. DOI: doi.org/10.1002/adom.71328）
以往的高性能金属-绝缘体-金属（MIM：metal-insulator-metal）型吸收体中，需要在金属层之间增设绝缘体层（间隔层），其厚度、重量和残余应力阻碍了其集成到薄膜化、微细结构化的太赫兹探测器中。
此次，研究团队在硅基板上制作微细凹凸结构，将基板本身作为吸收结构的一部分加以利用，在无需增设造成上述阻碍的间隔层的条件下，实现了高吸收率。
由于该结构可做到更薄、更轻、更低应力，且易于与现有半导体及MEMS工艺相结合，有望应用于采用MEMS测辐射热计等的高灵敏度、高速、宽带太赫兹接收系统。
这是一种将硅基板本身作为吸收体一部分加以利用的新型超表面吸收体。具体来说，将硅基板加工成远小于太赫兹波波长的微细凹凸结构。
所制备的结构台阶深度约1微米，上下表面分别形成了厚度为150纳米的铝薄膜。由此，无需附加间隔层，实现了具有与传统“金属-绝缘体-金属型吸收体”相同共振吸收特性的结构。
在该结构中，硅基板本身作为支撑太赫兹波吸收的功能性介电区域发挥作用。因此，无需使用既往MIM型吸收体所需的附加间隔层。研究团队将该结构命名为无间隔层基板一体型超表面（SIM）吸收体。
电磁场仿真结果表明，SIM吸收体能够高效吸收太赫兹波，可获得最大98%以上的太赫兹吸收率。同时证实，通过改变金属贴片长度、贴片间距及蚀刻深度，可以调节吸收的峰频率。
此外，利用太赫兹时域光谱技术测量所制备样品后发现，在设计的频带（1.8太赫兹）处，实验确认了约95%的太赫兹吸收率。在设计吸收峰附近，实测所得的峰值频率和峰值吸收率与仿真结果一致，证实了该结构可作为高效太赫兹吸收体发挥作用。
今后，研究团队将把SIM吸收体实际集成到MEMS测辐射热计等太赫兹探测器中，验证吸收效率提升对探测灵敏度、响应速度及机械稳定性的影响。
此外，预计该结构作为吸收体而附加的实际厚度可控制在数十纳米左右，因此，研究团队将推进可选择吸收频率的设计、多频段及宽频段设计以及传感器阵列化开发，致力于将其发展为小型、高性能的下一代太赫兹与红外传感技术的基础。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Advanced Optical Materials
论文：Spacer-Less Substrate-Integrated Metasurface for Near-Unity Terahertz Absorption
URL：doi.org/10.1002/adom.71328
