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石墨烯和分层等离子体超材料的超宽带可调太赫兹吸收器
发布时间:2024-04-18 21:57:20 阅读:124

来源:Advanced Devices & Instrumentation;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 李博扬 编译

    完全吸收产生于导电材料中价电子与光的强相互作用。光学超材料是利用超材料的上级光子捕获能力的有效途径。因此,完美的吸收器可以通过纳米级共振等离子体和超材料结构来实现。

    超材料完美吸收体(MPA)通常由周期性亚波长金属(例如,等离子体超吸收体)或介电共振单元组成。与静态无源物理系统相比,可调谐超材料可以动态操纵电磁波,改善光学响应的多维控制。实现超材料性能可调有两种典型的策略:机械重构和改变超材料的晶格结构。

    与这些经典方法相比,功能材料和超材料结构的结合提供了一种通过外部刺激改变材料光学特性的方法,并且具有更快的响应速度。石墨烯作为一种典型的可调谐功能材料,具有优异的机械、电学和光学特性。将石墨烯制成超材料结构可以显著增强光-物质相互作用。

    在这种情况下,吴卫平教授(音译)团队利用石墨烯和分层结构等离子体超材料的独特特性,展示了一种新型的可调谐超宽带太赫兹吸收器。该团队研究论文发表在Advanced Devices & Instrumentation杂志上。

    超材料结构包括交替的T形金条/正方形、介电层以及金层上的石墨烯层。MPA的平均吸收率在从20.8 THz到39.7 THz的超宽频率范围内达到90%。团队通过电场图分析了宽带特性的来源,并研究了石墨烯对吸收窗口的调制作用。此外,还研究了不同参数对结果的影响,并探讨了该结构在光电子领域的潜在应用。

    最后,对最近报道的几种太赫兹远红外波段的宽带吸收材料进行了比较和分析。所提出的超材料宽带吸收体具有更高的平均吸收率和更宽的频率范围。所提出的结构只有一层图案化的金,这在制造方面与其他文献相比具有很大的优势。

    综上所述,本文提出并研究了一种新型的石墨烯和分级结构等离子体超材料的超宽带可调谐太赫兹吸收体,并对从20.8 THz到39.7 THz的近乎完美的超宽带吸收进行了数值研究。所提出的吸收体是通过在每个单元格中交替地布置两个不同尺寸的金结构来实现的。宽带吸收体的超过90%吸收的带宽为约18.9THz。

    通过调节石墨烯的费米能级,可以调谐超宽带的位置。此外,还定量分析了几何参数对吸收体吸收光谱的影响。这些结果表明,在这项工作中提出的超材料吸收体可以导致在可调谐滤波、探测器、受控热辐射和其他光子器件领域具有进一步的改进意义。

 
 

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