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Design and analysis of electrothermal metasurfaces

Frontiers in Energy 2023年第1期17卷 134-140页

作者： Xiu LIU Zhuo LI Zexiao WANG Hyeong Seok YUN Sheng SHEN Department of Mechanical Engineering Carnegie Mellon UniversityPittsburghPA 15213USA

Electrothermal metasurfaces have garneredconsiderable attention owing to their ability to dynamicallycontrol thermal infrared radiation. Although previousstudies were mainly focused on metasurfaces with infiniteunit cells, in practice, the finite-size effect can be a criticaldesign factor for developing thermal metasurfaces withfast response and broad temperature uniformity. Here, westudy the thermal metasurfaces consisting of goldnanorods with a finite array size, which can achieve aresonance close to that of the infinite case with onlyseveral periods. More importantly, such a small footprintdue to the finite array size yields response time down to ananosecond level. Furthermore, the number of the unitcells in the direction perpendicular to the axis of nanorodsis found to be insensitive to the resonance and responsetime;thus, providing a tunable aspect ratio that can boostthe temperature uniformity in the sub-kelvin level.

关键词： modulated thermal infrared radiation metasurface nanosecond response time sub-kelvin temperature uniformity finite size aspect ratio

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