文章提出了一種新的太赫茲等離子體傳感概念，該概念利用超表面耦合器在石墨烯帶上激發(fā)欺騙表面等離子體激元(SSPs)模式。介電超表面單元電池由石英襯底上具有不同半徑的兩個(gè)圓柱形硅棒組成。垂直入射的太赫茲波被超表面偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致襯底內(nèi)的橫波矢量與石墨烯帶支撐的SSPs波矢量相匹配。這使得在石墨烯帶表面有效激發(fā)SSPs模式，導(dǎo)致吸收共振在0.420-0.430 THz范圍內(nèi)，高質(zhì)量(Q)因子為152。將該裝置應(yīng)用于折射率傳感，研究結(jié)果表明，吸收光譜中的高Q共振隨目標(biāo)物質(zhì)折射率的變化而發(fā)生改變，靈敏度為110 GHz/RIU。本研究設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在痕量物質(zhì)吸收光譜檢測(cè)中具有重要的應(yīng)用潛力。
圖1. （a）基于超表面耦合激發(fā)石墨烯條帶上SSP模式的結(jié)構(gòu)示意圖；（b）超表面耦合器的電池結(jié)構(gòu)；（c）石墨烯帶的陣列結(jié)構(gòu)；（d）超表面耦合器實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)后的電場(chǎng)強(qiáng)度分布。
圖2. （a）不同W
g、周期P
g=65μm的石墨烯條帶陣列上SSPs的色散關(guān)系。（b）某些圖表的放大結(jié)果。
圖3. （a）化學(xué)勢(shì)
μc=0.15eV時(shí)，石墨烯帶的吸收量與寬度W
g的關(guān)系；（b）吸收量與化學(xué)勢(shì)的關(guān)系。
圖4. 不同石墨烯條帶寬度在 SSP 諧振頻率下的電場(chǎng)分布。（a）W
g = 25 μm；（b）W
g = 30 μm；（c）W
g = 35 μm；（d）W
g = 40 μm。
圖5. 石墨烯條帶寬度 W
g 對(duì)不同折射率值
nd = 1.00–1.05 的吸收光譜的影響。（a）W
g = 25 μm；（b）W
g = 30 μm；（c）W
g = 35 μm；（d）W
g = 40 μm。（e）諧振頻率偏移和擬合靈敏度。
圖6. 石墨烯條帶化學(xué)勢(shì)對(duì)不同折射率值
nd = 1.00–1.05 的吸收光譜的影響。（a）
μc = 0.05 eV；（b）
μc = 0.1 eV；（c）
μc = 0.15 eV；（d）
μc = 0.2 eV。（e）諧振頻率偏移和擬合靈敏度。
相關(guān)研究成果由中國(guó)計(jì)量大學(xué)太赫茲技術(shù)與應(yīng)用研究所、中國(guó)計(jì)量大學(xué)信息工程學(xué)院電磁波信息技術(shù)與計(jì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室Dexian Yan等人于2024年發(fā)表在Results in Physics (https://doi.org/10.1016/j.rinp.2024.107539 )上。原文：Refractive index sensing of spoof surface plasmon polaritons excited on graphene strips based on cylindrical dielectric metasurface coupling
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
