创新设计标志着太赫兹技术突破性进展
在太赫兹 (THz) 范围内工作为各种应用提供了独特的机会，包括生物医学成像、电信和先进传感系统。然而，由于 0.1 至 10 THz 范围内电磁波的独特特性，事实证明，开发能够展示 THz 技术真正潜力的高性能组件非常困难。即使是过滤器和吸收器等基本和重要元件的设计仍然是一个巨大的挑战。
幸运的是，超材料的兴起可能会带来解决这些问题的创新方法。由于制造和加工技术的进步，现在可以在太赫兹范围内创建具有独特电磁特性的二维 (2D) 图案化微结构，从而对这些频率下的信号提供前所未有的控制。尽管已经提出了各种二维超材料(或“超表面”)吸收器，但其中大多数仍然存在严重的局限性。一个常见的问题是，一旦超表面吸波体的结构模式确定并制造出来，其电磁性能就固定下来了。这种可调性的缺乏限制了此类设备的可能应用。另一方面，虽然存在可调谐的基于金属的超表面吸收器，但不鼓励使用薄金属层。这是由于金属固有特性造成的一些缺点造成的，例如制造必要结构的难度和性能不佳。
在此背景下，中国的一个研究团队现已开发出一种新型碳基可调谐超表面吸收器，具有太赫兹范围内的超宽可调带宽。他们的研究由上海科技大学曹文汉博士指导，最近 发表在 Advanced Photonics Nexus上。
所提出的吸收器的核心是使用石墨烯和石墨微结构作为谐振器以及石墨层作为背反射表面。“这种太赫兹超表面吸收器中的重复亚基或&luo;晶胞&ruo;经过战略性设计，主要基于四个因素来优化吸收效率：几何形状、材料特性、偏振灵敏度和调谐机制，”曹解释道。
就几何形状而言，吸收器包括三个薄层。顶层是图案化导电层，包含通过石墨烯线互连的同心石墨环排列，而第二层是简单的电介质，有助于消散不需要的电磁波。最后，第三层是吸收层，可防止太赫兹波直接穿过器件传输，从而最大限度地提高吸收效率。
通过数值分析和模拟优化的吸收器的材料选择和几何设计，有助于其在太赫兹范围内的显着吸收。值得注意的是，所提出的吸收器的一个关键特征是其可调谐性，这是由可调节的费米能级引起的。该参数在材料和半导体技术中至关重要，因为它决定了电子在不同能级的分布。
通过向石墨烯层施加电压，可以改变其费米能级，从而使人们能够轻松微调吸收带宽。“在 1 eV 的费米能级下，所提出的吸收器可以实现 8.99 THz 的令人印象深刻的宽带宽，在 7.24 至 16.23 THz 的频率范围内提供超过 90% 的吸收，在 8.35 THz 和 14.70 THz 处有两个不同的共振峰，”突出曹。
该设计的另一个显着优点是它对入射辐射的偏振角非常不敏感。这种有利的特性自然是由于吸收器单元中使用同心环而产生的。圆形作为完美对称的形状，使得吸收体能够在高达50°的入射角下保持高吸收率。
总体而言，所提出的设计具有诸多优点，加上其优雅的简洁性，代表了太赫兹技术的真正突破。“所提出的吸收器提供了超薄且简单的无金属结构，在低厚度下具有宽且可调的吸收带宽，这大大增强了其适用性。这些优点超出了其他报道的吸收器，”曹对结果表示满意。
很快，太赫兹设备可能成为日常技术的一部分，特别是在医学和通信等领域，以及材料科学和生物学等更多以研究为导向的领域。让我们希望这项研究有助于促进纳米技术和超材料方面的新科学探索，从而改善人类状况!
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！