Extreme DNG metamaterial integrated by multi-SRR-square and ZnO thin film for early detection of analyte electrolyticity

• Autorzy: Saktioto Saktioto , Soerbakti Yan , Rini Ari Sulistyo , Astuti Budi , Syamsudhuha Syamsudhuha , Anita Sofia , Rati Yolanda

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.07.47

Warianty tytułu

PL

Ekstremalny metamateriał DNG zintegrowany z wieloma kwadratami SRR i cienką warstwą ZnO do wczesnego wykrywania elektrolitowości analitu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Advanced engineering in metamaterials can realize the potential for better sensor performance in combination with zinc oxide (ZnO) semiconductor materials. This research aims to investigate the optical properties and develop a sensor media invention based on hybrid metamaterials. The finite-difference time-domain method was carried out in this research for the design, characterization, and integration of a metamaterial sensor by a multi-cell split ring resonator (SRR) with a square pattern and a thin film of ZnO (200 nm). Geometry characterization of the SRR metamaterial was carried out using a modified Nicolson-Ross-Weir electromagnetic field function approach. The application of this type of sensor is used to detect early electrolyticity of analytes resulting from transmission spectra based on the electrical conductivity of several samples. Analysis of metamaterial characteristics identified double-negative (DNG) optical properties that increased drastically to the extreme point on the scale of 104. The performance of the metamaterial sensor integrated by multi-SRR-square and ZnO thin film provides reflection and transmission resonance frequencies in a triple bandwidth. In addition, 73% of the absorption spectrum is at a frequency of ~8 GHz. Seawater electrolyticity sensor testing provides better spectrum readings with a reduction in resonance depth and frequency shift sensitivity of 3.13 MHz for every increase in electrical conductivity of 0.07 S/m.

PL

Zaawansowana inżynieria metamateriałów może wykorzystać potencjał lepszej wydajności czujnika w połączeniu z materiałami półprzewodnikowymi z tlenku cynku (ZnO). Celem tych badań jest zbadanie właściwości optycznych i opracowanie wynalazku nośnika czujnikowego opartego na metamateriałach hybrydowych. W tych badaniach przeprowadzono metodę różnic skończonych w dziedzinie czasu w celu zaprojektowania, scharakteryzowania i integracji czujnika metamateriału za pomocą wielokomórkowego rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) o wzorze kwadratowym i cienkiej warstwy ZnO (200 nm). Charakterystykę geometrii metamateriału SRR przeprowadzono przy użyciu zmodyfikowanego podejścia opartego na funkcji pola elektromagnetycznego Nicolsona-Rossa-Weira. Zastosowanie tego typu czujnika służy do wykrywania wczesnej elektrolitowości analitów na podstawie widm transmisyjnych na podstawie przewodności elektrycznej kilku próbek. Analiza właściwości metamateriału pozwoliła zidentyfikować właściwości optyczne podwójnie ujemne (DNG), które drastycznie wzrosły do skrajnego punktu w skali 104. Wydajność czujnika metamateriału zintegrowanego z cienką warstwą multi-SRR i ZnO zapewnia odbicie i częstotliwości rezonansowe transmisji w potrójną szerokość pasma. Ponadto 73% widma absorpcji przypada na częstotliwość ~8 GHz. Testowanie czujnika elektrolitowości wody morskiej zapewnia lepsze odczyty widma przy zmniejszeniu głębokości rezonansu i czułości przesunięcia częstotliwości o 3,13 MHz przy każdym wzroście przewodności elektrycznej o 0,07 S/m.

Słowa kluczowe

EN

double negative; electrolyticity; metamaterial; split ring resonator; ZnO

PL

podwójnie ujemny; elektrolityczność; metamateriał; rezonator z dzielonym pierścieniem; ZnO

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 7
• Strony: 239--242
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saktioto Saktioto

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0001-9200-8998

autor

Soerbakti Yan

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-6999-2090

autor

Rini Ari Sulistyo

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-5435-2568

autor

Astuti Budi

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Negeri Semarang, Semarang 50229, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0003-0213-8954

autor

Syamsudhuha Syamsudhuha

• Department of Mathematics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0001-6896-4699

autor

Anita Sofia

• Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-3859-7469

autor

Rati Yolanda

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0003-0222-6014

Bibliografia

• [1] Al-saedi A.J.H., Perez J.C., A Review: Compact Size and Isolation of MIMO Antenna, Przeglad Elektrotechniczny, 98 (2022), No. 7, 11-17
• [2] Saktioto, Soerbakti Y., Syahputra R.F., Gamal M.D.H., Irawan D., Putra E.H., Darwis R.S., Okfalisa, Improvement of Low Profile Microstrip Antenna Performance by Hexagonal-Shaped SRR Structure with DNG Metamaterial Characteristic as UWB Application, Alex. Eng. J., 61 (2022), No. 6, 4241-4252
• [3] Keriee H.H., Rahim M.K.A., Nayyef N.A., Ayop O., Al-Gburi A.J.A., Compact Wideband Metamaterial Quadrature Coupler for 5G Beamforming Applications, Przeglad Elektrotechniczny, 99 (2023), No. 3, 172-175
• [4] Santalunai N., Santalunai S., Rattananamlom A., Chaipanya P., Meesawad P., Thongsopa C., Pumpoung T., Investigation on Characteristics of Metamaterials by Using Metallic Rod Structure for Antenna Engineering, Przeglad Elektrotechniczny, 98 (2022), No. 5, 103-109
• [5] Soerbakti Y., Saktioto, Rini A.S., Astuti B., Syamsudhuha, Anita S., Suyanto H., Rati Y., Optimization of Semiconductor-Based SRR Metamaterials as Sensors, J. Phys. Conf. Ser., 2696 (2024), No. 1, 1-6.
• [6] Young S.J., Lai L.T., Tang W.L., Improving the Performance of pH Sensors with One-Dimensional ZnO Nanostructures, IEEE Sens. J., 19 (2019), No. 23, 10972-10976
• [7] Rini, A. S., Herna, H., Rati, Y., & Soerbakti, Y. (2024). Stable Hydrophobicity of ZnO Nanorods for Self-Cleaning Materials Using SILAR-CBD Method. Biointerface Res. Appl. Chem., 14 (2024), No. 2, 1-11.
• [8] Rini A.S., Fitrisia A., Rati Y., Umar L., Soerbakti Y., Bio Colloidal Silver Nanoparticles Prepared via Green Synthesis Using Sandoricum koetjape Peel Extract for Selective Colorimetry-Based Mercury Ions Detection, Karbala Int. J. Modern Sci., 9 (2023), No. 2, 280-288
• [9] Rini A.S., Dewi R., Jasril, Marshanda T., Rati Y., Soerbakti Y., Synthesis and Characterisation of ZnO/Ag Nanocomposites Prepared via Green Method Using Pineapple Peel Extract for Photocatalytic Enhancement in Degrading Methylene Blue Dye Solutions, J. Phys. Sci., 34 (2023), No. 2, 59-73
• [10] Saktioto S., Siregar F.H., Soerbakti Y., Rini A.S., Syamsudhuha S., Anita S., Excellent Integration of a Multi SRR-Hexagonal DNG Metamaterial into an Inverted Triangle Top Microstrip Antenna for 5G Technology Applications at 3.5 GHz, Przeglad Elektrotechniczny, 100 (2024), No. 1, 130-133
• [11] Roy A.B., Das S., Kundu A., Banerjee C., Mukherjee N., c-Si/n ZnO-Based Flexible Solar Cells with Silica Nanoparticles as a Light Trapping Metamaterial, Phys. Chem. Chem. Phys., 19 (2017), No. 20, 12838-12844
• [12] Ademgil H., Haxha S., PCF Based Sensor with High Sensitivity, High Birefringence and Low Confinement Losses for Liquid Analyte Sensing Applications, Sensors, 15 (2015), No. 12, 31833-31842
• [13] Srinivasan K., Ali N.B., Trabelsi Y., Rajan M.M., Kanzari, M., Design of a Modified Single-Negative Metamaterial Structure for Sensing Application, Optik, 180 (2019), 924-931
• [14] Jegadeesan R., Agarwal K., Guo Y.X., Yen S.C., Thakor, N.V., Wireless Power Delivery to Flexible Subcutaneous Implants Using Capacitive Coupling, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 65 (2016), No. 1, 280-292

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).