以鈦酸鍶(STO)和石墨烯為材料，設(shè)計(jì)了一種具有傳感功能的太赫茲超材料吸收器。采用時(shí)域有限差分(FDTD)和耦合模式理論(CMT)方法對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行了模擬和數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明，當(dāng)STO的溫度為300 K，石墨烯的費(fèi)米能級(jí)為1.0 eV時(shí)，在0.36 THz和2.18 THz的吸收率分別達(dá)到99.8%和92.7%。當(dāng)STO的溫度從250 K設(shè)置到400 K時(shí)，中心頻率從0.32 THz和1.96 THz移動(dòng)到0.43 THz和2.54 THz。當(dāng)溫度穩(wěn)定在300 K時(shí)，通過(guò)將費(fèi)米能級(jí)從1.0 eV調(diào)整到0 eV，可以將雙窄帶吸收轉(zhuǎn)化為單窄帶吸收。利用電場(chǎng)分布和阻抗匹配理論分析了雙窄帶吸收和主動(dòng)調(diào)諧的物理機(jī)理。研究了極化方向和入射角對(duì)吸收器性能的影響。此外，我們還研究了石墨烯費(fèi)米能級(jí)為0 ev時(shí)吸收器的傳感特性，該結(jié)構(gòu)對(duì)不同折射率的探測(cè)靈敏度和meritis值分別為50 GHz/RIU和0.33/ RIU。該結(jié)構(gòu)為未來(lái)多功能太赫茲器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
圖1. 吸收器原理圖(a)三維，(b)俯視圖，(c)側(cè)視圖。
圖2. (a)吸收、反射和透射光譜，(b)不同偏振角的吸收?qǐng)D。(c) 0.38THz(峰值1) 和(d) 2.18太赫茲(峰值2)處的電場(chǎng)分布。
圖3. (a) FDTD和CMT計(jì)算的吸收光譜和(b結(jié)構(gòu)的等效CMT模型。
圖4. 鈦酸鍶介電常數(shù)隨溫度的變化(a)實(shí)部，(b)虛部。
圖5. (a) STO溫度從250k 到 400k的吸收光譜，(b)吸收頻率隨溫度的變化。
圖6. (a)石墨烯在費(fèi)米能級(jí)從0 eV到1.0 eV的吸收光譜，(b)吸收率隨費(fèi)米能級(jí)的變化。
圖7. STO阻抗的溫度變化 (a)實(shí)部，(b)虛部。
圖8. 石墨烯阻抗的費(fèi)米能級(jí)變化(a)實(shí)部，(b)虛部。
圖9. 不同入射角下的吸收?qǐng)D:(a) TE波入射角，(b) TM波入射角。
圖10. 用于檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)折射率變化的結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖11. (a)吸收器在不同折射率下的吸收光譜，(b)吸收頻率隨折射率的變化。
相關(guān)研究成果由黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hengli Feng等人于2022年發(fā)表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109455)上。原文：Individually frequency and amplitude tunable metamaterial absorber with sensing functions based on strontium titanate and graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
