Absorvedor de Luz de Tripla Banda por Metassuperfície Híbrida para Sensoriamento de RI de Alta Sensibilidade

Resumo

Um design simples de absorvedor de luz perfeito (PLA) de tripla banda baseado em metassuperfície híbrida na região visível foi apresentado neste trabalho, que se mostra aplicável para sensoriamento de índice de refração (RI). Diferente de designs anteriores, a metassuperfície híbrida proposta para PLA visível consiste apenas de arrays periódicos de nanoestruturas de silício em cruz e substrato de ouro. Os arrays periódicos de silício em cruz depositados no substrato de ouro contribuem para excitar modos guiados sob iluminação de luz incidente normal. Segundo resultados de simulação, três picos de absorção perfeita de 98,1%, 98,7% e 99,6% localizados a 402,5 THz, 429,5 THz e 471,5 THz, respectivamente, foram claramente observados no PLA. Este efeito de absorção perfeita de tripla banda pode ser atribuído à perda intrínseca do material de silício originada das excitações de modo guiado causadas por ondas estacionárias de diferentes ordens. Foi confirmado que as propriedades de absorção perfeita do PLA podem ser facilmente reguladas alterando os parâmetros geométricos da nanoestrutura de célula unitária. Além disso, o PLA desenhado servindo como sensor de RI pode alcançar sensibilidade de cerca de 25,3, 41,3 e 31,9 THz/unidade de índice de refração (RIU). Acredita-se que o design proposto de PLA para sensoriamento de RI forneceria grande potencial de aplicações em sensoriamento, detecção, espectroscopia visível aprimorada, etc.

Introdução

Metassuperfícies, como um ramo importante de metamateriais ópticos, são arquiteturas de array bidimensionais (2D) formadas por nanoestruturas plasmônicas sub-comprimento de onda periódicas consistindo de materiais dielétricos e metálicos padronizados. Nos últimos anos, metassuperfícies foram extensivamente investigadas desde que poderiam ser potencialmente aplicadas em componentes ópticos de espaço livre miniaturizados, como lentes, placas de onda, filtros espectrais e absorvedores. Um dos aspectos notáveis das metassuperfícies pode ser absorvedores de luz perfeitos (PLAs) operados na região óptica desde que têm aplicações promissoras em comunicação óptica, emissão térmica, colheita de luz e sensoriamento. Geralmente, PLAs baseados em metassuperfícies podem ser realizados pela configuração de nanoestruturas metal-dielétrico-metal (MDM) de três camadas ou dielétrico-metal (DM) de duas camadas, nas quais várias ressonâncias de plasmon de superfície (SPRs) podem ser excitadas e subsequentemente causar confinamento de energia de luz em metais padronizados ou interface metal-dielétrico. Além disso, perdas ópticas intrínsecas de materiais metálicos e dielétricos em PLA também são fatores importantes e vantajosos para realce da absorção de energia eletromagnética (EM) das luzes incidentes. Foi confirmado que a capacidade de absorção de PLA geralmente depende da forma, tamanho, espessura e composição da metassuperfície plasmônica, que também são sensíveis ao índice de refração (RI) do material circundante. Como é bem conhecido para aplicações de sensoriamento, PLA de banda estreita foi investigado intensivamente devido à sua grande profundidade de modulação. Quando o PLA é colocado em ambiente gasoso ou líquido, a frequência do pico de absorção mudaria significativamente com a mudança do valor de RI do material circundante. Portanto, numerosas metassuperfícies baseadas em PLAs de banda estreita foram propostas e investigadas intensivamente. Por exemplo, Cheng et al. propuseram PLA de banda estreita baseada na configuração MDM, que poderia alcançar sensibilidade de ~ 590 nm/RIU. Bhattarai et al. demonstraram PLA de banda estreita com cogumelo baseado em mecanismo de cavidade Fabry-Perot, e a sensibilidade é de até 2508 nm/RIU. Então, outros PLAs baseados em configurações MDM foram propostos continuamente e investigados teoricamente. Embora esses PLAs de banda estreita pudessem alcançar alta sensibilidade, a produção em grande escala é demorada e cara devido à complexidade do design da metassuperfície. Portanto, seria extremamente útil se PLA de banda estreita pudesse ser suportado por estruturas relativamente simples. Yong et al. propuseram esquema de design simples de PLAs para aplicação de sensoriamento baseada em metassuperfície de todo metal. Para estes PLAs, metais nobres ouro ou prata são geralmente utilizados, o que também aumentaria o custo de fabricação.

Recentemente, metassuperfícies baseadas em nanoestruturas de silício atraíram grande atenção devido às suas aplicações em detectores, guia de onda fotônico, gerador e filtro de cor, e PLAs. Similar às nanoestruturas metálicas, o silício é um dos materiais viáveis de alto RI que poderia suportar vários SPRs por design estrutural na faixa de frequência óptica. Além disso, o silício também pode ser crescido de forma custo-efetiva e apreciavelmente compatível com processo de semicondutor complementar de óxido metálico (CMOS). Portanto, pode-se acreditar que a absorção perfeita de banda estreita em PLAs baseados em metassuperfície de silício seria altamente significativa em aplicação de sensoriamento. Por exemplo, Ahmmed et al. propuseram PLA baseada em metassuperfície híbrida composta por arrays de nano-discos de silício amorfo depositados em camada de ouro, que poderia funcionar como sensor de RI na região do infravermelho próximo. No entanto, só funciona em uma única banda estreita, o que restringe aplicações potenciais em detecção de sensoriamento multiplex. Ao melhor de nosso conhecimento, dificilmente se encontram relatos sobre PLAs de múltiplas bandas de alta eficiência utilizando metassuperfície, cuja operação seja válida na região visível.

Neste trabalho, um PLA de tripla banda baseado em metassuperfície híbrida na região visível é proposto e demonstrado teoricamente, que pode ser aplicável para sensoriamento de RI. A metassuperfície híbrida, consistindo de arrays de nanoestruturas de silício em cruz de tamanho único em substrato de ouro, exibe absorção perfeita de tripla banda com absorbância acima de 98% em três frequências de ressonância distintas. Um mecanismo físico subjacente da absorção perfeita observada também foi ilustrado analisando distribuições espaciais de campos elétricos, fluxo de potência e densidade de perda de potência nas ressonâncias. O impacto dos parâmetros geométricos da nanoestrutura de célula unitária nas propriedades de absorção do PLA foi investigado também. Além disso, os picos de absorção do PLA foram confirmados como sensíveis ao valor de RI do meio circundante, tornando-o candidato potencial para aplicações de sensoriamento. Além disso, o PLA baseado em metassuperfície híbrida pode ser fabricado fácil e simplesmente, bem como integrado facilmente em dispositivos plasmônicos, eletrônicos e fotônicos no mesmo chip. Tal design de PLA de tripla banda pavimenta o caminho efetivo para realização de dispositivos nano-fotônicos baseados em metassuperfície híbrida, que poderiam ser candidatos para aplicações potenciais em sensoriamento multiplex, detecção e espectroscopia visível aprimorada.

Métodos

A Figura 1 apresenta o esquema de design do PLA visível baseado em metassuperfície híbrida, que consiste apenas de duas camadas funcionais: os arrays periódicos de nanoestruturas de silício em cruz constituem a camada superior atuando como ressonador dielétrico, enquanto a camada inferior é o substrato de ouro. Foi demonstrado que diferentes estruturas plasmônicas de silício padronizadas podem suportar diferentes modos SPR sob iluminação de luz incidente, que poderiam ser aplicados para construir PLAs de terahertz a faixa de frequência visível devido às suas propriedades ópticas favoráveis.

Na região visível, o silício semicondutor é um material econômico com alto RI que pode ser considerado como ressonador dielétrico por design estrutural especial. Além disso, há uma vantagem saliente que o silício semicondutor pode ser crescido eficientemente sobre substrato heterogêneo (como substrato de ouro) a baixa temperatura contando com apreciável compatibilidade com processo CMOS, o que facilita atender requisitos de produção em grande escala. Em nossa faixa visível de interesse (350–500 THz), o valor de RI do silício é aproximadamente constante, que é cerca de n_si = 3,7 × (1 + 0,0025i). O substrato de ouro (Au) pode ser descrito pelo modelo de Drude dependente de frequência a partir de dados experimentais. A espessura do substrato de ouro é maior que a profundidade de penetração da luz incidente na faixa visível. Diferente da configuração MDM típica, nosso PLA proposto baseado em metassuperfície híbrida é formado por nanoestrutura DM bi-camada sub-comprimento de onda, e pode-se esperar que o PLA proposto seja independente de polarização devido à simetria de rotação geométrica da nanoestrutura em cruz e rede quadrada. Os parâmetros geométricos otimizados do design são dados como segue: p_x = p_y = 400 nm, l = 350 nm, w = 100 nm, h = 85 nm, e t_s = 100 nm. Como mostrado na Fig. 1c, a célula unitária do PLA proposto é definida como periodicidade constante de 400 nm ao longo das direções dos eixos x- e y- para evitar difração para frequências até 750 THz.

O PLA proposto baseado na metassuperfície híbrida foi desenhado e investigado por meio de ferramenta de simulação baseada no método de elementos finitos (FEM) no CST Microwave Studio. Como mostrado na Fig. 1c, excitação de onda plana com ampla faixa de frequência de 350 a 500 THz é considerada como fonte de iluminação com vetor de onda normal à superfície da metassuperfície híbrida. Na simulação, o tamanho de malha é definido como 0,3 nm, que é muito menor que o comprimento de onda de operação e o tamanho da célula unitária. Para garantir erros numéricos negligenciáveis, também realizamos teste de convergência padrão antes da simulação da célula unitária. Condições de contorno periódicas ao longo das direções dos eixos x- e y- são usadas para considerar arranjo periódico da metassuperfície híbrida. A luz de polarização linear incidente é definida para propagar na direção do eixo z de maneira que os campos elétrico (E_x) e magnético (H_y) estejam ao longo das direções dos eixos x- e y-, respectivamente. Em nosso design, como a transmissão é bloqueada pelo substrato de ouro, a absorbância pode ser calculada apenas por A(ω) = 1 - R(ω) = |S₁₁|², onde S₁₁ é o coeficiente de reflexão.

Resultados e Discussões

A Figura 2 apresenta os espectros de reflectância e absorbância simulados do PLA baseado em metassuperfície híbrida sob iluminação de luz incidente normal na região visível. Três pontos de ressonância distintos são evidentemente observados em f₁ = 402,5 THz, f₂ = 429,5 THz e f₃ = 471,5 THz, respectivamente. Nestes ressonâncias, a reflectância diminui para 1,9%, 1,3% e 0,4%, e a absorbância correspondente aumenta para valores máximos de 98,1%, 98,7% e 99,6%, respectivamente. Segundo trabalhos anteriores, poderia ser conjecturado que a absorção perfeita em três ressonâncias pode ser atribuída às excitações de modos SPR de ordem superior em nanoestruturas de silício em cruz sob iluminação de luzes incidentes normais, que será discutido posteriormente. Embora tanto o silício semicondutor de alto RI quanto o substrato de ouro de alta reflectância, amplamente usados em trabalhos anteriores, tenham sido aplicados em nosso design, ainda vale apontar que o design novo de PLA proposto neste trabalho exibe propriedade relativamente melhorada em termos de absorção perfeita de tripla banda na região visível utilizando nanoestrutura de silício em cruz de tamanho único. Além disso, pode-se esperar que o PLA proposto seja insensível à polarização para luz incidente normal devido à sua alta simetria de rotação geométrica da célula unitária, similar aos designs anteriores.

Além disso, a largura total na metade do máximo (FWHM) e fator Q do PLA proposto também foram calculados de acordo com referência anterior. Naquelas três posições de ressonância mencionadas acima, o valor de FWHM é de ~ 64,875 THz, 27,75 THz e 34,125 THz, e o fator Q correspondente (=f_i/FWHM_i, i = 1, 2, 3) é de ~ 6,48, 14,57 e 13,82, respectivamente. Deve-se notar que a absorção perfeita de tripla banda pode ser observada no caso ideal com meio de ar. No entanto, é possível sintonizar a propriedade de absorção de ressonância ajustando o valor de RI do ambiente externo/ambiente do PLA desenhado. Significa que a frequência de operação poderia ser significativamente regulada mudando o valor de RI do ambiente circundante no PLA. Assim, o PLA desenhado com ressonâncias íngremes pode fornecer algumas aplicações potenciais em sensores e detectores multiplex.

Para verificar o mecanismo físico por trás do fenômeno de absorção perfeita de tripla banda observado do PLA desenhado, as distribuições espaciais de campo elétrico (E_x, plano x-z) e magnético (H_y, plano y-z) naqueles três picos de absorção foram investigadas sistematicamente, como mostrado na Fig. 3. Obviamente, os padrões de distribuição espacial dos fortes campos elétricos e magnéticos (E_x e H_y) são significativamente diferentes em várias frequências de ressonância, revelando excitações de diferentes modos SPR. No entanto, é evidente que tanto campos elétricos quanto magnéticos estão sempre fortemente concentrados na interface da cruz de silício e substrato de ouro quando a ressonância ocorre. Estas características de campo espacial indicam que modos guiados com diferentes ordens superiores na interface da nanoestrutura de silício em cruz e substrato de ouro foram excitados. Pode-se acreditar que ressonâncias de modo guiado intensas na interface dielétrico/metal são excitadas quando luz incidente é acoplada entre guias de onda com diferentes índices de refração. Enquanto isso, os acoplamentos ressonantes entre a luz incidente e o modo guiado da nanoestrutura dielétrico/metal são possíveis, similar ao efeito de ressonância de modo guiado de grade metálica.

Para ilustrar a ressonância de modo guiado da nanoestrutura do PLA desenhado, podemos assumir a nanoestrutura de silício em cruz desenhada como um guia de onda dielétrico na região visível. Quando a luz incidente incide nos gaps entre duas células unitárias adjacentes, seria difratada na camada de silício e então refletida pelo substrato de ouro, subsequentemente guiada na interface do substrato silício/ouro. Devido ao design simétrico da célula unitária, as luzes guiadas de acoplamento de gaps adjacentes propagam-se opostamente e consequentemente combinam-se para formar uma onda estacionária na camada de guia de onda. Segundo estes resultados mostrados na Fig. 3a–f, pode-se encontrar que apenas modos guiados harmônicos ímpares na nanoestrutura podem ser excitados sob iluminação de luz incidente normal. A Figura 3a–f mostra modo de primeira ordem, modo de terceira ordem e modo de quinta ordem na nanoestrutura, respectivamente. Os resultados são bem consistentes com PLAs anteriores baseados em configuração MDM, nos quais o modo de segunda ordem não poderia ser excitado para luzes incidentes normais. É porque as excitações dos modos guiados harmônicos são principalmente determinadas pelos parâmetros geométricos da nanoestrutura desenhada. Significa que apenas modos guiados ímpares ou harmônicos poderiam ser excitados sob design especial apropriado de nanoestrutura neste trabalho. As excitações de modo guiado com ordens superiores nesta nanoestrutura contribuiriam para realçar o acoplamento das luzes incidentes no gap de ar e localização na interface silício/ouro, finalmente criando absorção perfeita de luz em várias frequências de ressonância. Como é bem conhecido, a perda de energia da luz incidente induzida pela excitação de modos guiados na nanoestrutura é sempre grande o suficiente para introduzir alto nível de absorção nas ressonâncias. Além disso, estas ressonâncias de modo guiado são principalmente determinadas por tamanhos geométricos e meios circundantes da nanoestrutura desenhada. Pode-se concluir que modos guiados de ordens superiores também poderiam ser aplicados para obter PLA de alto desempenho na região visível com parâmetros geométricos moderados em comparação ao uso do modo fundamental com estrutura sub-comprimento de onda mais profunda.

Para obter compreensão mais profunda e qualitativa da absorção perfeita acima, as distribuições 3D de fluxo de potência e densidade de perda de potência para luzes incidentes y-polarizadas normais em várias frequências de ressonância (f₁ = 402,5 THz, f₂ = 429,5 THz e f₃ = 471,5 THz) também foram estudadas, como ilustrado na Fig. 4a–c. Primeiramente, os fluxos de potência de luz de entrada são originalmente correntes paralelas no espaço longe da nanoestrutura nas ressonâncias. Quando fluxos de luz incidente se aproximam do PLA, a maioria deles flui "através" da célula unitária, subsequentemente enrola na camada de silício e finalmente concentra na interface do silício e substrato de ouro. Neste caso, a forma espacial dos fluxos de potência na nanoestrutura exibe várias características em diferentes frequências de absorção. Os perfis de fluxo de potência causados pelas excitações de modo guiado ocorrem na nanoestrutura, e a perda intrínseca geralmente acontece em materiais em massa. Devido à natureza de perda dielétrica de silício e ouro na região visível, pode-se considerar que as perdas de energia de luz induzidas pelas excitações de modo guiado com diferentes ordens superiores devem ser principalmente originadas da nanoestrutura de silício em cruz e substrato de ouro.

A Figura 4d–f ilustra as distribuições 3D de densidade de perda de potência na nanoestrutura de célula unitária nas frequências de f₁ = 402,5 THz, f₂ = 429,5 THz e f₃ = 471,5 THz, respectivamente. Pode-se observar que as densidades de perda de potência distribuem-se principalmente na interface entre a nanoestrutura de silício em cruz e substrato de ouro. Obviamente, a potência da luz incidente é completamente confinada na nanoestrutura do PLA desenhado. Como o silício e ouro na nanoestrutura são ambos materiais de perda dielétrica na região visível, assim a dissipação de energia de luz ocorre no PLA desenhado. Em nosso design, a cruz de silício é muito mais favorável para melhorar o desempenho de absorção que os anteriores quadrado e disco, já que os gaps do tipo cruz proposto capturariam mais facilmente luzes incidentes devido às excitações de modo guiado. De fato, o silício estruturado com design geométrico apropriado pode servir como um bom PLA, contando com a característica de perda do material de silício na região visível. Além disso, a cruz de silício também pode ser assumida como camada anti-reflexo, que faz o substrato de ouro ser material de absorção quase perfeita nas ressonâncias. O ouro ainda é plasmônico na região visível já que a parte real de sua permissividade é negativa. Deve-se notar que a luz incidente seria fortemente repelida pelo substrato de ouro, e a absorção perfeita seria impossível sem resposta SPRs.

Baseando-se nas análises acima, pode-se concluir que a absorção perfeita de tripla banda do PLA proposto origina-se dos modos guiados com ordens superiores e natureza de perda dielétrica de silício e substrato de ouro na região visível. Em uma palavra, a ressonância de modo guiado e perdas da nanoestrutura são os dois fatores-chave para a absorção perfeita do PLA desenhado.

Em seguida, as influências dos parâmetros geométricos para cada célula unitária na propriedade de absorção do nosso PLA desenhado foram investigadas sistematicamente por estudo paramétrico. Quanto ao PLA proposto neste trabalho, apenas quatro parâmetros geométricos precisam ser considerados: largura do fio (w), comprimento do fio (l), altura (h) da nanoestrutura de silício em cruz, e periodicidade (p) da célula unitária. Uma série de espectros de absorbância do PLA desenhado com diferentes parâmetros geométricos (w, h, l e p) foram ilustrados na Fig. 5a–d. Vale notar que apenas um parâmetro geométrico pode ser regulado por vez, enquanto os outros permanecem constantes.

Baseando-se na Fig. 5a, b, pode-se observar que a absorbância dos picos de ressonância pode ser mantida acima de 95% ao alterar um parâmetro geométrico enquanto os outros permanecem constantes. No entanto, a frequência de operação é encontrada sensível aos parâmetros geométricos do PLA. Quando a periodicidade (p) do PLA é fixada, a frequência do pico de absorção torna-se inversamente proporcional aos tamanhos geométricos (w, h e l) da célula unitária, o que está bem consistente com estudos anteriores. Isso é porque o índice de refração efetivo das ressonâncias de modo guiado aumenta com o aumento de w, h e l. As propriedades de absorbância do PLA com diferentes tamanhos de w foram representadas na Fig. 5a. Ao alterar w de 85 a 105 nm em passo de 5 nm, deslocamento vermelho (red-shift) distinguido do espectro de absorção pode ser observado claramente. Para o PLA com largura de fio mais larga (w > 100 nm) de silício em cruz, a absorbância do primeiro e segundo picos de absorção diminuirá ligeiramente, mas o terceiro pode ser quase mantido. Este tipo de resposta resulta principalmente do efeito de acoplamento e confinamento enfraquecido induzido pela nanoestrutura. Além disso, comparado com o segundo e terceiro picos de ressonância, pode-se encontrar que o primeiro pico é muito mais sensível às variações da largura do fio w, resultando em fenômeno saliente de red-shift. As propriedades de absorbância do PLA com diferentes tamanhos de h foram apresentadas na Fig. 5b. Quando a altura h aumenta de 80 a 100 nm em intervalos de 5 nm, as variações dos espectros de absorção são similares ao caso de alteração da largura do fio w, e as frequências dos picos de absorção exibem leve red-shift também. Com o aumento de h, pode-se encontrar que a absorbância do primeiro pico de ressonância aumenta gradualmente enquanto o segundo diminui ligeiramente, e o terceiro pode ser quase mantido constante. Como mostrado na Fig. 5c, pode-se encontrar que os picos de absorção deslocarão para frequências mais baixas quando o comprimento do fio l aumenta de 340 nm a 360 nm em passo de 5 nm. Com o aumento do comprimento do fio l, a absorbância do primeiro pico de absorção diminui ligeiramente enquanto os outros picos de ressonância permanecem constantes. Como mostrado na Fig. 5d, uma tendência de variação completamente contrária, que pode ser descrita em termos de "blue-shift" dos picos de absorção, foi encontrada quando a periodicidade p aumenta de 390 a 430 nm em intervalos de 10 nm. Com o aumento da periodicidade p, a absorbância do primeiro pico de ressonância aumenta ligeiramente enquanto os outros picos de absorção são quase inalterados. Em suma, os resultados ilustrados na Fig. 5 confirmam que estes picos de absorção estão relacionados com características de ondas estacionárias demonstradas na Fig. 3, indicando que a frequência de operação e eficiência do PLA proposto poderiam ser diretamente reguladas pelos parâmetros geométricos relativos incluindo largura do fio (w), altura (h), comprimento do fio (l) e periodicidade (p).

Segundo os resultados e discussões do PLA de tripla banda desenhado acima, poderia ser esperado como candidato promissor para aplicação de sensoriamento de RI. Para clarificar a praticabilidade do nosso PLA de tripla banda desenhado para aplicações de sensoriamento, o comportamento dos espectros de absorbância como função de valores de RI do analito circundante foi verificado adicionalmente. Como mostrado na Fig. 6a, o analito circundante é preenchido nos gaps da nanoestrutura de silício em cruz do PLA proposto. Como nosso PLA tem tripla banda estreita e absorção perfeita ao redor da frequência de ressonância, poderia-se esperar exibir bom desempenho de sensoriamento. A dependência dos espectros de absorbância na mudança do valor de RI do analito circundante foi apresentada na Fig. 6b. Deve-se notar que a absorbância poderia ser mantida acima de 95% quando o valor de RI do analito circundante muda de n = 1,0 a n = 1,4 com passo de 0,1, enquanto os deslocamentos de frequência dos três picos de ressonância são bastante conspícuos, que podem ser descritos em termos de um red-shift óbvio com o aumento do valor de RI do analito circundante. As variações dos pontos de frequência 1 (f₁), 2 (f₂) e 3 (f₃) resultam em ~ 2,53 THz, 4,13 THz e 3,19 THz em média, respectivamente. De fato, a capacidade de sensoriamento do PLA tem sido amplamente aceita descrita por definição de sensibilidade de RI em massa (S): S = Δf/Δn, onde Δf e Δn são a mudança da frequência de ressonância e valor de RI, respectivamente. Segundo a definição acima, como mostrado na Fig. 6c, os valores médios de S dos três pontos de frequência (f₁, f₂ e f₃) são avaliados em ~ 25,3, 41,3 e 31,9 THz/RIU, respectivamente. Devido à excelente característica de sensoriamento, o design do PLA de tripla banda pode ser acreditado como promissor em campos relacionados a sensores.

Conclusões

Em conclusão, um design simples de PLA de tripla banda baseado em metassuperfície híbrida foi proposto e investigado numericamente neste trabalho, que pode ser acreditado aplicável para sensoriamento de RI. O PLA proposto baseado na metassuperfície híbrida é desenhado para consistir apenas de arrays periódicos de nanoestruturas de silício em cruz depositadas em substrato de ouro. Os resultados numéricos indicam que o PLA desenhado pode exibir absorbância relativamente alta de 98,1%, 98,7% e 99,6% a 402,5 THz, 429,5 THz e 471,5 THz, respectivamente. As imagens físicas do PLA desenhado foram exploradas analisando as distribuições espaciais dos campos elétrico e magnético em três diferentes frequências de ressonância. Verifica-se que a energia EM poderia ser dissipada através das ondas estacionárias originadas de diferentes modos guiados de ordens superiores na interface de perda entre nanoestrutura de silício em cruz e substrato de ouro, levando à absorção perfeita de tripla banda. Além disso, as distribuições espaciais do fluxo de potência e densidade de perda revelam que a característica de perda dielétrica de silício e ouro na região visível também é crítica para a absorção perfeita do PLA. Adicionalmente, as propriedades de absorção de ressonância do nosso PLA de nanoestrutura desenhado também foram confirmadas como bem sintonizáveis na região visível regulando os parâmetros geométricos de célula unitária. Além disso, as frequências dos picos de ressonância foram demonstradas como muito sensíveis às variações de RI do analito circundante preenchido no PLA proposto. Os valores médios de sensibilidade de RI em massa S do PLA são ~ 25,3, 41,3 e 31,9 THz/RIU, respectivamente. O PLA proposto é fácil de fabricar por gravação reativa profunda de íons (DRIE) ou técnica avançada de litografia de feixe de elétrons (EBL), que é custo-efetivamente compatível com processo CMOS. Portanto, este design de PLA pode abrir nova via para aplicações de sensoriamento de RI multiespectral na região visível, especialmente para detecção bio-molecular, de gás, diagnósticos médicos e biossensoriamento espacial. Também tem potencial em aplicações de substratos para atividades de sensoriamento multiplex de diferenciação e proliferação de células-tronco neurais.