近年來(lái)，薄、輕、寬、高吸收和可調(diào)性已成為電磁吸收器的五大重要因素。本文提出了一種新型單層石墨烯超表面吸收器(GMSA)，它完美地實(shí)現(xiàn)了上述所有元素。GMSA采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的多方環(huán)結(jié)構(gòu)的石墨烯層。仿真結(jié)果表明，法布里-珀羅共振(FPR)和石墨烯基表面等離子體共振(GSPR)可以在太赫茲(THz)頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生3.04 THz的寬帶吸收。由于其對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所提出的GMSA是完全偏振不敏感的，并且它對(duì)TE和TM極化波都具有廣角斜入射特性，允許它在0°到45°的入射角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)至少90%的寬帶吸收。此外，石墨烯的化學(xué)勢(shì)可以改變有效吸收帶寬，這可以很容易地通過(guò)施加外部電壓來(lái)調(diào)節(jié)。GMSA具有結(jié)構(gòu)靈活直接、極化不敏感、廣角入射、寬帶、高吸收等特點(diǎn)，在太赫茲探測(cè)、成像和物體隱身等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. 所提出的具有外加外部電壓的GMSA的示意圖和晶胞的俯視圖。
圖2. GMSA的制造工藝。
圖3. 模擬法向TE-偏振入射波下(a)GMSA的透射、反射、吸收光譜和(b)計(jì)算的歸一化等效表面阻抗。
圖4. 在法向TE極化入射波下，不同頻率下GMSA的表面電場(chǎng)和表面電流分布。(a-d)石墨烯層表面電場(chǎng)分布(E
x矢量方向)。(e-h)石墨烯層表面電流分布。(i-1)金屬層表面電流分布。
圖5. 不同(a) TOPAS厚度t
s和(b) GSRs個(gè)數(shù)
N的吸收光譜(c)不同
N時(shí)GMSA的電場(chǎng)分布。(d)不同GSRs間隙距離w的吸收光譜。(e)不同w時(shí)GMSA的電場(chǎng)分布。
圖6. （a） 施加的外部電壓與化學(xué)勢(shì)的關(guān)系。（b） GMSA在0.0eV-1.0eV的不同化學(xué)勢(shì)下的吸收光譜。
圖7. （a）不同方位角的吸收特性。（b） TE偏振的不同入射角。（c） TM偏振的不同入射角。
相關(guān)研究成果由河海大學(xué)理學(xué)院Zhipeng Ding等人于2023年發(fā)表在Materials Science in Semiconductor Processing (https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107557 )上。原文：Ultra-broadband tunable terahertz absorber based on graphene metasurface with multi-square rings。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
